三电平储能变流器的中点电压平衡优化控制研究

发布时间：2018-02-20 06:43

本文关键词： 三电平储能变流器空间矢量调制中点电位平衡控制分区混合调制中点电位控制级　出处：《东南大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：随着化石能源的日益减少以及环境污染问题的愈发严重,风能、太阳能等可再生能源的开发利用成为全球能源战略的关键,而目前储能是制约新能源发展与广泛应用的瓶颈问题,因此储能系统的研究刻不容缓。其中,双向能量转换系统(PCS)作为储能介质与电网/负载的接口,构成了整个储能系统的核心,其本质是一个用于实现双向功率调节的电力电子变换器,目前主要有高压链式储能与低压模块化并联两类拓扑,其中低压模块化并联方案具备控制成熟且模块化扩容方便等优势,因而成为目前大容量电力储能的主要选择形式。当前,对于模块化并联PCS而言,效率是其关注的重点,而三电平拓扑相对两电平可以降低损耗,提高等效开关频率并减小并网滤波器,从而有利于减小体积与模块化集成,因此三电平拓扑的PCS将在储能市场占据主导地位。为此,本文围绕三电平变流器在PCS的应用展开研究,重点解决三相三线制与三相四线电容中点式三电平拓扑的电压平衡问题。首先,以两电平三相三线制拓扑入手,详细介绍了 SVPWM的基本原理,归纳总结了 SVPWM的实现方法与步骤。然后,将该方法拓展到两电平三相四线电容中点式拓扑,分析了三维SVPWM的实现原理,并指出其与两电平三相三线矢量调制的联系与区别,为后续三电平拓扑矢量调制与电压平衡研究奠定基础。其次,针对三电平三相三线制拓扑矢的量调制与电压平衡展开研究,由最近三矢量调制入手,介绍了基于冗余小矢量作用时间分配的中点电压平衡算法,并指出该算法在高调制比以及低功率因数的情况下存在中点电位低频振荡的不足。为了抑制这种现象,并进一步提高直流侧电容电压平衡效果,分析了虚拟空间矢量电压平衡算法的原理实现,指出虚拟空间矢量的应用消除了最近三矢量调制存在的低频振荡问题,但是以增加开关管动作次数为代价,并且虚拟空间矢量本质上属于非最近三矢量调制,会导致变流器输出侧的谐波特性变差。为了充分利用冗余小矢量作用时间调整法与虚拟空间矢量法两者的优势,提出了一种分区混合调制策略,在消除了中点电位低频振荡的同时,改善了变流器的输出谐波特性,并通过对变流器在不同工作状态下的仿真建模,验证了该混合调制策略的有效性。再次,针对三电平三相四线电容中点式拓扑的矢量调制与电压平衡展开研究,通过发掘其与两电平拓扑SVPWM调制的内在联系与规律性,将空间矢量划分为七个子空间,并为每个子空间定义新的坐标原点,进行矢量重定位,使各子空间内的冗余小矢量在新坐标系下的零轴分量等值反向,等效于两电平中的正负零轴矢量,从而简化了算法的实现过程。此外,为了抑制中点电位偏移,提出了矢量中点电位控制级的概念,根据变流器不同的工作情况,求解冗余矢量的中点电位控制级的大小,并进一步优化矢量选择,以达到最大程度抑制中点电位偏移的控制目的。最后,通过对变流器在不同工作状态的仿真,验证了所提基于三维矢量优化选择的中点电位控制策略的有效性。
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【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM46

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