三相硬开关和软开关PWM变流器若干关键问题研究

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很多电力电子装置通过整流器与电网接口,而传统的二极管或晶闸管相控整流装置会产生大量的谐波电流,对电网造成污染,有源功率功率因数校正技术能够有效的消除整流装置的谐波。同时,并网逆变技术是分布式电源系统中的一项关键技术,关系到电源系统的电能质量、安全和可靠性。作为网侧变流器的三相PFC整流器和三相并网逆变器,在电路拓扑、调制和控制策略、工作原理上有很多相似之处,本文主要研究了三相网侧变流器的控制技术和软开关技术。   本文比较了三相三线和三相四线PWM整流器的数学模型,采用包含零序电流控制的空间矢量控制算法,比较了网侧电压不平衡状态下不同电流控制目标的特点。研制了作为中大功率不间断电源前级整流器的40kW三相四线PFC变流器,该变流器交流侧具有抗电网电压不平衡的能力,直流侧分裂的直流母线具有抗负载不平衡的能力,具有良好的稳态和动态性能。   本文分析了复合有源箝位零电压开关整流器谐振参数变化对电路软开关实现的影响,比较了复合有源箝位整流器和硬开关整流器的损耗和效率;分析了不平衡电网电压对复合有源箝位整流器软开关实现的影响并给出了合理的复合有源箝位整流器电流控制策略;研制了40kW复合有源箝位PFC整流器实验样机,取得了较好的控制效果和较高的电路效率。   本文提出了最小电压有源箝位三相并网逆变器,并提出与该电路相配合的改进的空间矢量调制方法。本文提出的最小电压有源箝位逆变器可以只采用一个辅助开关,实现所有开关的零电压开关,并抑制二极管反向恢复。主开关管和辅助开关管开关频率相同,开关管电压应力等于直流母线电压。本文分析了最小电压有源箝位并网逆变器谐振过程和参数设计原则,分析了软开关实现与并网电流功率因数的关系,分析了最小电压有源箝位逆变器开关损耗分布、不平衡电网电压对最小电压有源箝位逆变器软开关实现的影响。研制了30kW逆变器实验样机并全面测试,取得了较好的控制效果和较高的电路效率。   本文提出了复合有源箝位三相并网逆变器开关空间矢量调制方法,使复合有源箝位逆变器具有与复合有源箝位整流器相似的软开关特性。本文分析了复合有源箝位并网逆变器谐振过程和参数设计原则,分析了软开关实现与并网电流功率因数的关系,分析了复合有源箝位逆变器开关损耗分布、不平衡电网电压对复合有源箝位逆变器软开关实现的影响。研制了30kW逆变器实验样机并全面测试,取得了较好的控制效果和较高的电路效率。  
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