發(fā)布時間：2018-01-25 04:18

  本文關鍵詞： 級聯(lián)多電平變換器 能量回饋 拓撲 V/f控制 載波移相PWM　出處：《武漢大學》2014年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：本文針對傳統(tǒng)級聯(lián)型多電平變換器不能回饋能量,而全部單元都回饋的級聯(lián)變換器成本高、結(jié)構(gòu)復雜的問題,研究了一種基于部分單元能量回饋的級聯(lián)多電平變換器的拓撲結(jié)構(gòu)。這種變換器將部分級聯(lián)單元的不控整流器替換為三相可控整流器,使得該變換器具有能量回饋功能,是一種介于不回饋和全部單元回饋的拓撲結(jié)構(gòu)之間的一種新的拓撲。從這種結(jié)構(gòu)還能衍生出一系列新的拓撲結(jié)構(gòu),因而具有重要的研究意義。本文分析了兩種單元的比例配置問題。通過從其元件參數(shù)、輸入移相變壓器的結(jié)構(gòu)等方而對比其與不回饋和全部單元回饋的拓撲結(jié)構(gòu)之間的不同,得出這種變換器因能量回饋所增加的成本明顯比全部單元回饋的變換器低,因此具有明顯的經(jīng)濟價值。研究這種結(jié)構(gòu)的變換器能夠為需要四象限運行的高壓感應電機驅(qū)動系統(tǒng)提供一條新的路徑。 基于這種拓撲結(jié)構(gòu)和交流異步電機的穩(wěn)態(tài)模型,本文設計了一種基于V/f控制的變換器單元協(xié)調(diào)控制策略。這種控制策略可以開環(huán)運行,也可以實時功率跟蹤方式運行。當電機處于發(fā)電狀態(tài)時,開環(huán)模式下,根據(jù)少量的電機參數(shù)以及負載轉(zhuǎn)矩等參數(shù)估計出電機的發(fā)電功率。實時功率跟蹤方式則直接檢測電機機端的有功功率。利用電機功率和電流有效值的檢測值,計算出功率因數(shù)角,并對能量回饋單元和普通不控整流單元分別實施控制,使得電機發(fā)出的有功功率流向能量回饋單元并通過其PWM整流器和移相變壓器回饋到電網(wǎng)。本文給出了這種控制策略的邊界條件,分析了電機電流的波動對控制產(chǎn)生的負而影響和應對措施。仿真驗證了控制策略的可行性。 在對能量回饋單元的整流器的控制方而,本文分析了能量回饋單元對普通單元造成的影響,并提出在這種結(jié)構(gòu)的變換器巾能量回饋單元前端需要外加整流濾波電感,而不宜用移相變壓器的漏電感代替。 針對這種變換器拓撲結(jié)構(gòu)的特殊性以及控制策略的特點,在分析對比了現(xiàn)有的多電平調(diào)制方法的基礎上,研究了在不同的單元配置比例之下的協(xié)同調(diào)制方法,并進行了仿真驗證。對于每相只有一個能量回饋單元而普通單元較多的情況,提出能量回饋單元采用特定諧波消去法調(diào)制,而普通單元采用載波水平移相PWM調(diào)制,并且利用普通單元輸出補償能量回饋單元產(chǎn)生的低頻諧波。對于每相兩種單元的數(shù)量都大于1的情況,適宜采用兩種單元分別進行載波水平移相PWM調(diào)制并且兩組載波組之間移相的方法,并比較了不同單元數(shù)量比例下改善電壓波形質(zhì)量的效果。 本文將一個經(jīng)過改造的每相有1個能量回饋單元和4個普通單元級聯(lián)的變換器,與一個380V/7.5kW的交流感應電機組成了實驗平臺。在這個實驗平臺上實驗了變換器通過能量回饋單元將電機的再生能量回饋到電網(wǎng)并且普通單元直流電壓保持穩(wěn)定的過程,驗證了本文提出的變換器開環(huán)和實時功率跟蹤的控制方法的可行性。最后從實測數(shù)據(jù)和器件功耗仿真兩方面說明了實驗中功率損耗的來源。 仿真和實驗結(jié)果表明,本文所提出的這種拓撲結(jié)構(gòu)的變換器及其控制方法,能夠?qū)崿F(xiàn)電機能量回饋到電網(wǎng)的功能。而且這種控制方法不需要詳盡的電機參數(shù),具有通用性,實現(xiàn)起來比較容易。對于那些動態(tài)調(diào)速性能要求不高的感應電機傳動系統(tǒng)而言,本文所提出的這種變換器能夠在不大幅提高成本的條件下滿足其能量回饋的需求。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：武漢大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM46

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本文編號：1461962