四象限多電平變頻器控制技術研究.pdf

1、隨著可控電力電子器件及相關技術的蓬勃發(fā)展，各種拓撲結構的中壓大功率多電平變頻調速系統(tǒng)在工業(yè)傳動中應用越來越廣泛，都取得了顯著的節(jié)能效果，降低了單位產值能耗。雖然各種多電平變頻器的拓撲結構不盡相同，但其中仍然存在一些共性問題亟待解決，例如網側電能質量控制、并聯模塊的環(huán)流抑制、背靠背模塊的瞬時功率協調控制和開關器件頻率限制等問題。本文主要針對共直流母線的多模塊并聯型（Multi-Module Parallel，MMP）變頻器和獨立直流母線的

2、H橋級聯型（Cascaded H-Bridge，CHB）變頻器的若干關鍵控制技術進行了深入研究，以下是本文的主要研究工作。
　　四象限變頻器與兩象限變頻器相比，需要增加整流器前端的輸入電抗器。在高電壓接入的應用場合，可設計多繞組分裂式變壓器來取代輸入電抗器，既起到降壓、隔離的作用，又起到儲能、濾波的作用。為了分析多繞組變壓器短路阻抗對系統(tǒng)穩(wěn)定運行的影響，建立了與短路阻抗相關的多繞組變壓器等值電路模型。整流器一般采用移相載波調制，既

3、可以大幅減小輸入電流畸變率，改善網側電能質量，又可降低變壓器諧波損耗，提高變頻器工作效率。
　　當MMP變頻器采用移相載波調制時，變壓器二次側繞組之間存在基波環(huán)流、諧波環(huán)流和直流偏置電流。因此，MMP變頻器需要增加均流控制，主要涉及到交流側環(huán)流抑制、直流側環(huán)流抑制和變壓器直流偏磁抑制等。首先，采用基于功率下垂控制的環(huán)流抑制策略，分別調節(jié)q軸電壓來分配有功功率、調節(jié)d軸電壓來分配無功功率，有效地抑制有功環(huán)流和無功環(huán)流。其次，通過主回

4、路上合理設計功率模塊連接方式和雜散電感，選擇合適諧振頻率點來抑制直流側環(huán)流。最后，針對功率模塊輸出電壓直流偏置的問題，采用比例積分諧振（Proportion Integration Resonant，PIR）調節(jié)器消除偏置電壓對系統(tǒng)的影響，抑制了變壓器直流偏磁。
　　在分析 CHB變頻器功率單元數學模型基礎上，以輸入和輸出瞬時有功功率平衡為控制目標，給出了PWM整流電流指令。為保證各頻率電流的準確跟蹤，提出了復矢量PI（Compl

5、ex Vector PI，CVPI）調節(jié)器，實現了各頻率電流的完全解耦控制，論證了CVPI調節(jié)器相比傳統(tǒng)調節(jié)器，對諧振頻率變化具有更好的魯棒性。同時，建立了基于卡爾曼濾波的負載電流辨識模型，實時地辨識負載電流大小及其頻率。提出的基于CVPI調節(jié)器的瞬時有功功率前饋控制策略，大幅減小直流母線電壓兩倍頻的振蕩分量，抑制了電機電流諧波和電磁轉矩的拍頻現象。
　　中壓大功率多電平變頻器對開關器件的工作頻率限制更加嚴格，采用多電平同步優(yōu)化P

6、WM（Synchronous Optimal PWM，SOPWM）技術可有效地解決低開關頻率的電能質量、功率單元瞬時功率均衡等問題。基于諧波電流最小為評價函數的多電平SOPWM可應用于 CHB變頻器的異步電機矢量控制。首先，設定諧波電流最小的特定函數優(yōu)化目標和H橋功率均衡的非線性約束條件，采用遺傳算法和約束優(yōu)化計算，離線計算出開關角度，并在允許的特定函數指標內，連續(xù)化開關角度，確保同步優(yōu)化PWM在實現整個調制比范圍內的平滑切換。其次，研