新型交直交電壓源變換器的調制技術及相關問題的研究.pdf

1、交流/直流/交流(AC/DC/AC)電壓源變換器已在民用、工業(yè)、軍事等領域被廣泛使用，引起了國內外專家、學者的廣泛關注。隨著社會對電能需求以及電力用戶對高質量、高可靠性電源系統(tǒng)需求的日益增長，對交直交電壓源變換器的輸入輸出性能等方面提出了更高的要求。由此，交直交電壓源變換器直流側大容量電解電容所帶來的負面效應受到了高度重視。大容量電解電容的使用導致變換器占用空間大、成本高，給電網帶來了嚴重諧波污染和相關電能質量問題，且在多數情況下，電容

2、的使用壽命是限制變換器使用壽命的主要因素。因此，采用新穎的拓撲結構與合理有效的調制技術來提高交直交電壓源變換器的輸入輸出性能也就成為國內外學者研究的重要問題。本文正是針對不同負載情況下新型交直交電壓源變換器的調制技術以及過電壓保護方法等方面進行了一系列研究。
　　文中提出了新型交直交電壓源變換器的拓撲結構，建立了其數學模型，同時分析了直流側電壓的波動情況以及網側電流諧波情況。數學模型的建立為諧波分析、直流側過電壓抑制、調制技術研究

3、奠定了理論基礎。由分析可知：直流側電壓的波動是由整流橋和逆變橋共同作用引起的；網側電流的總諧波畸變率隨著直流側電容的容量增大而增大。
　　輸出高質量的電壓是新型交直交電壓源變換器的重要功能之一。但是，采用新的拓撲結構后三相不可控整流橋會輸出波動的直流電壓，而在直流側電壓波動情況下，仍采用傳統(tǒng)的SPWM調制技術就會使其輸出電壓中含有大量的低次諧波，對負載產生不利影響。針對該問題，文中提出一種改進的重構調制波正弦脈寬調制（ARMW-S

4、PWM）技術，該調制技術的使用可以更好地消除阻感負載情況下直流側電壓的波動對新型交直交電壓源變換器輸出電壓中產生低次諧波的影響，同時可以顯著地減小直流側電容的容量，從而簡化了變換器主電路。文中通過仿真驗證了其理論分析的正確性。
　　在標量控制的變頻調速系統(tǒng)中，變換器輸出準確的電壓矢量是非常重要的。電動機負載情況下，仍采用傳統(tǒng)的SVPWM技術調制新型交直交電壓源變換器，就會使其輸出電壓矢量與參考電壓矢量產生誤差，這樣對電動機就不能正

5、確控制。因此本文提出了磁鏈差分空間矢量脈寬調制（FLDSVPWM）技術，該調制技術能夠使新型交直交電壓源變換器輸出正確的電壓矢量。另外，由于直流側電壓的波動，使新型交直交電壓源變換器的線性調制區(qū)域結束的比較早。由此，本文提出了幅值恒定過調制（ACOM）技術，從而使新型交直交電壓源變換器可以獲得較高輸出調制比。
　　新型交直交電壓源變換器的過電壓與諧振的抑制對于提高其可靠性、網側性能至關重要。在輕載或電動機回饋制動的時候，功率流從電

6、機回饋到直流側，可導致新型交直交電壓源變換器直流側過電壓。由于傳統(tǒng)的過電壓保護方法是基于理想的直流側電壓進行過電壓保護的，但是在新型交直交電壓源變換器中，直流側電壓是波動的，所以傳統(tǒng)的過電壓保護方法不再適用。針對該問題本文提出了功率因數動態(tài)跟蹤控制（PFDTC）直流側過電壓保護新方法，該方法能夠提前判斷電動機的回饋制動狀態(tài)，從而有效地抑制能量回饋避免過電壓的產生。另外，由于直流側電容容量以及網側濾波器阻抗值的減小，使直流側電容與網側電抗

7、的諧振頻率增高與開關頻率接近甚至超過開關頻率，所以容易產生諧振，對網側產生不利影響。針對此問題本文通過仿真和實驗確定了避免諧振的條件，從而抑制諧振的發(fā)生。
　　新型交直交電壓源變換器的設計與實驗。本文詳細論述了新型交直交電壓源變換器的實驗系統(tǒng)方案。針對控制任務的特點，采用了高性能DSP主控系統(tǒng)和單片機監(jiān)控系統(tǒng)的復合架構，達到了高速實時控制與友好人機界面的統(tǒng)一。最后從實驗系統(tǒng)的測量結果表明：理論分析正確、實驗方案可行，為進一步研究奠