多电平注入式电流源型变换器的关键技术研究

发布时间：2020-07-19 06:01

【摘要】：大容量电力电子装置是智能电网灵活交流输电、高压直流输电、可再生能源发电等应用领域的核心部件,是近几年电力电子技术的研究热点。本论文主要研究大容量多电平注入式电流源型变换器,该拓扑结构可以实现主桥臂开关器件零电流关断,从而主桥功率器件可以采用半控型器件晶闸管,大幅提高变换器装置的容量。针对多电平注入式电流源型变换器的工作特性、脉宽调制、闭环控制、参数计算等关键技术,本论文主要从以下几个方面展开研究:推导了m电平注入式电流源型变换器拓扑的交流侧电流、直流侧输出电压以及系统等效容量的通用公式;针对隔离变压器容量和体积都较大的缺点,提出一种基于自耦变压器的多电平注入式电流源型变换器拓扑,从系统等效容量角度与基于隔离变压器的系统进行对比分析,证明基于自耦变压器的多电平注入式电流源型变换器在减小系统容量方面的优势,并讨论两种拓扑的适用场合。分析系统注入电路脉冲序列的通用构成原则,提出采用脉冲基本单元进行排列组合构成注入电路脉冲的方法;研究不同注入电路脉冲方案对系统电流质量的影响,提出脉冲序列优化目标并据此将脉冲方案进行分类讨论分析,提出注入电路脉冲的优化设计和改进方法,为实际工程中注入电路脉冲方案的选取提供依据;分析了多电平注入电路的工作原理,研究表明注入电路在特定注入电路开关脉冲作用下可以有效抑制两主变换桥直流侧输出电压不平衡对系统电流质量的影响。分析了多电平注入式电流源型变换器实现四象限运行的工作原理,并研究其直流侧电流闭环控制策略,指出该系统由于只存在单一控制变量而无法对有功功率和无功功率进行独立控制;通过两组变换器分别在直流侧串联、交流侧并联的形式增加一组控制变量,构成双桥串联结构,研究双桥串联系统的功率解耦控制原理,提出一种预测直接功率控制策略;通过两组变换器在交、直流侧并联的形式构成双桥并联结构,研究表明该结构更适合应用于单位功率因数运行的大电流场合,根据该结构提出一种直流电流的均流控制方法,仿真验证上述控制策略的有效性。搭建了双桥MLR-CSC的小容量样机实验平台,分别对单桥、双桥串联和双桥并联系统的理论分析和仿真结果进行实验验证;通过分析注入电感值与注入支路电流纹波系数之间的关系,提出一种注入电感参数的设计方法,使其在保证正常工作的前提下尽可能减小系统体积和造价,并采用均衡电抗器替代传统直流注入电感,进一步减小了平波元件的成本和体积;针对多电平注入式电流源型变换器的实际工程应用,以背靠背高压直流输电系统和六相永磁同步电机驱动系统为例展开研究工作。主要针对多电平注入式电流源型变换器在特定应用场合下的拓扑组合形式、工作特性、系统控制策略等方面技术进行研究,为变换器的实际工程应用提供参考依据。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM46
【图文】：

逡逑扑中最常见的为串联或并联型１２脉波变换器［３？６］，型１２脉波变换器由两组晶闸管三相变换器在直流侧脉波变换器的两组晶闸管变换器直流侧需经平衡电抗后并联构成，平衡电抗器用于吸收两组变换器直流侧桥可以同时独立工作。两种结构的１２脉波变换器都是流波经变压器移相后叠加，消除网侧电流中的６（２／－１）网侧电流ＴＨＤ约为１５．３％，只包含１２／±１（／＝１，２，３，…）（ａ）串联型１２脉波变换器逡逑Ｌ邋？邋？逡逑

（２）基于变抽头电抗器的谐波注入式电流型变换器逡逑文献［９５－９８］采用变抽头电抗器与开关器件代替ＩＰＲ作为直流纹波注入的主要逡逑单元，构成变抽头六相变换器系统（如图１－５所示），从而使网侧电流和直流侧电逡逑压形成多脉波的效果，系统结构更加简单、运行可靠且更具有经济性。同时该拓逡逑扑可简单的通过增加抽头数拓展其脉波数，当抽头数为ｎ时系统脉波数为１２ｎ。但逡逑注入开关采用半控器件晶闸管，装置的控制比较复杂，且变抽头电抗器取不同变逡逑比时，对系统谐波抑制效果的影响较大，然而变抽头电抗器的最优变比难以确定，逡逑文献［９８－１００］通过不同的方法确定了三种不同的最优变比值，这对系统设计和实现逡逑带来了困难。同时，该拓扑只消除了网侧电流的部分低次谐波成分，对高次谐波逡逑并无任何消除或削弱的能力，甚至造成高次谐波幅值的成倍增长。逡逑７逡逑

压器进行对比。逡逑２．１邋ＭＬＲ－ＣＳＣ拓扑结构逡逑本文所研宄的并联型多电平注入式电流源型变换器拓扑结构如图２＿１所示（电逡逑平数为ｍ，邋ｍ＾３）。该拓扑主要由隔离型移相变压器、两组三相主变换桥、直流侧逡逑多电平注入电路和直流侧负载四部分构成。逡逑？－二＾邋入单邋ｐ逡逑逦逦邋Ａ邋！逦ｌ＆ｒｌｌ逦逦逡逑知丨邋Ｓｙｎ，邋Ｓｙｓ逦ｊ邋Ｓ邋Ｉ逦＾５逦Ｓｄ＼逦Ｓｐｓ逡逑逦ｌ逦ｊ逦逦逡逑逦—ｈｉ邋＾ｙ＼邋Ｊｌ＼邋＼邋ＴＡｗ－ｎ邋＊逦逡逑－ｆ邋－ｆ邋－ｆ邋、逦一＾Ｊｄｃ逦－ｆ逡逑办４邋＾Ｙ６邋＾Ｙ２逦■逦Ｓｐ４邋Ｓ＊￡＞６邋Ｓｆ）２逡逑．逦ｎ逦．逡逑＾逦逡逑逦４邋ａＤ逦逡逑Ｏ’ｑ邋？邋ＷＹＹＷＶＷ＾逡逑Ｑ［ｂ邋＾邋ｙｖｖｖｖｖｖ＾ｒｖ邋ｃ逡逑0ｈ邋＾邋ＶＹＹＹＹＹＶ＞°ｙ＿逡逑图２－１并联型多电平注入式电流源型变换器拓扑（ｍ电平）逡逑Ｆｉｇ．２－１邋Ｔｈｅ邋ｔｏｐｏｌｏｇｙ邋ｏｆ邋ＭＬＲ－ＣＳＣ邋ｉｎ邋ｐａｒａｌｌｅｌ邋（ｍ－ｌｅｖｅｌ）逡逑１７逡逑

【参考文献】

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本文编号：2762021