基于載波相移PWM技術(shù)的級(jí)聯(lián)型變流器及其在有源電力濾波器中的應(yīng)用.pdf

1、大功率電力電子裝置的應(yīng)用越來越廣泛。傳統(tǒng)的多重化結(jié)構(gòu)必須通過電力變壓器或電抗器實(shí)現(xiàn)變流器單元間的聯(lián)結(jié)。變壓器或電抗器的價(jià)格、尺寸、效率及可靠性等阻礙了多重化結(jié)構(gòu)功率等級(jí)的繼續(xù)提升。多電平變流器的出現(xiàn)，為解決這一問題提供機(jī)會(huì)。在大功率電力電子裝置上出現(xiàn)的另一大問題就是大功率器件的工作頻率較低，無法應(yīng)用PWM技術(shù)等優(yōu)秀的調(diào)制技術(shù)。本研究報(bào)告正是針對(duì)上述問題展開的。本研究報(bào)告以級(jí)聯(lián)型變流器及其開關(guān)控制策略為對(duì)象，在理論和實(shí)踐上進(jìn)行了深入的研究

2、；并以并聯(lián)有源濾波器系統(tǒng)為平臺(tái)對(duì)其工程應(yīng)用進(jìn)行了初步的探討。 在各種多電平變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，級(jí)聯(lián)型多電平變流器所需的元器件數(shù)目最少；由于采用獨(dú)立直流結(jié)構(gòu)，因此直流側(cè)的均壓?jiǎn)栴}相對(duì)容易解決；每個(gè)基本單元的電路結(jié)構(gòu)完全一致，更有利于模塊化和冗余設(shè)計(jì)。級(jí)聯(lián)型多電平變流器的缺點(diǎn)是在需要提供有功功率的場(chǎng)合需要獨(dú)立的直流電源；這就增加了系統(tǒng)的造價(jià)，降低了性價(jià)比。而在電力有源濾波器(APF)中不需要直流電源提供能量。顯然，級(jí)聯(lián)型多電平變流器在

3、APF系統(tǒng)中有很大的優(yōu)勢(shì)。 多電平變流器的開關(guān)控制策略決定著變流器本身的輸入輸出關(guān)系、頻譜特性以及傳輸帶寬。深入研究多電平變流器的開關(guān)控制策略，能夠?qū)ψ兞髌髂軌驅(qū)嵤└行А⒏鼫?zhǔn)確的控制。目前，對(duì)于多電平變流器開關(guān)調(diào)制策略的研究主要集中在新型調(diào)制策略的發(fā)明、已有調(diào)制策略的擴(kuò)展應(yīng)用等方面，而對(duì)各種調(diào)制策略的深入理論研究和定量數(shù)學(xué)分析則很不夠。本研究報(bào)告在對(duì)載波相移SPWM、錯(cuò)時(shí)采樣SVM以及基于載波組的PWM等開關(guān)調(diào)制策略的定量數(shù)學(xué)

4、分析方面進(jìn)行了較為深入的研究，得到一些重要結(jié)論。這為在不同工況下選擇最佳的開關(guān)調(diào)制策略提供了指導(dǎo)性幫助。載波相移PWM技術(shù)(包括載波相移SPWM、錯(cuò)時(shí)采樣SVM)能夠在較低的器件開關(guān)頻率下實(shí)現(xiàn)較高開關(guān)頻率的效果，通過低次諧波的相互抵消提高等效開關(guān)頻率而不是簡(jiǎn)單地將諧波向高次推移，因而具有良好的諧波特性，是優(yōu)秀的開關(guān)調(diào)制策略。 在并聯(lián)有源濾波器系統(tǒng)中，由于直流側(cè)不需要提供有功功率，級(jí)聯(lián)型多電平變流器的優(yōu)勢(shì)可以得到充分的發(fā)揮；而載波

5、相移PWM技術(shù)良好的諧波傳輸特性也可以得到良好的利用。因此，本研究報(bào)告將二者結(jié)合起來，提出了基于載波相移PWM技術(shù)的級(jí)聯(lián)型多電平變流器并聯(lián)APF系統(tǒng)的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并在諧波及無功檢測(cè)、交直流控制策略和系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了系統(tǒng)的分析。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了仿真研究。 多電平變流器的開關(guān)器件數(shù)目遠(yuǎn)大于常規(guī)的橋式PWM變流器，而常用的微控制芯片難以提供足夠的PWM觸發(fā)脈沖。適用于多電平變流器的多路PWM發(fā)生器可以通過FPGA實(shí)現(xiàn)。本研究