T型三电平变流器的关键问题研究

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随着清洁能源和节能的需求的增长,三电平变流器被大范围应用于可持续能源发电和驱动电机等范畴。本文第一章分析了T型变流器运行中存在的问题并作为研究意义,第二至第四章以其运行原理,软硬件设计以及若干调制策略的性能作为研究内容,最后第五章创新性的针对T型变流器共模电压、开关损耗以及中点电位平衡三个重点问题提出一种综合调制方案进行解决。首先介绍了本文的研究意义,在风能和太阳能发电作为广泛应用的可再生能源的背景下,T型三电平变流器在其中所发挥着重要作用,进一步从拓扑及调制策略两个方面简单论述了国内外三电平变流器的研究状况,最后概述了三电平逆变器中存在的开关损耗,共模电压以及中点电位平衡为主的关键问题研究近况。其次,对T型三电平变流器的运行原理及控制环路进行了简单介绍。具体分析了T型三电平变流器在换相时的电流流通路径,以T型三电平变流器在αβ坐标系下的电路模型为基础,以PI调节器进行直流侧电压环路控制,电流环路使用无差拍控制器(Deadbeat Control,DBC)进行电流控制的双环路控制算法。紧接着,对系统的硬件电路及主程序进行了设计,首先对主电路的结构进行了介绍,并对网侧电流采样电路、直流侧电压采样电路、功率开关驱动电路及输出电流过大保护电路进行了说明,最后对主程序的运行流程进行了介绍,并以采样程序为例进行具体说明。然后,介绍了几种经典的三电平变流器调制方式,分别是载波脉宽调制(Carrier Based Pulse Width Modulation,CBPWM)、空间矢量调制(Space Vector PWM,SVPWM)、以及非连续脉宽调制(Discontinuous PWM,DPWM),并对其基本工作原理进行了介绍,紧接着,简要分析了传统DPWM与SVPWM在降低共模电压,减少开关损耗和平衡中点电位方面的性能。最后,提出了一种基于载波实现的共模电压抑制的非连续脉宽调制策略(Reduce Common Mode Voltage CB_DPWM,RCMV_CB_DPWM)。在深入分析了非连续脉宽调制策略的基础上,证明了所提出的RCMV_CB_DPWM的完备性及中点电位的自平衡能力。最后,在T型变流器的实物模型上对所提出的RCMV_CB_DPWM方法能够在多种运行条件下实现开关损耗的减少,同时降低共模电压及平衡中点电位。
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