三相逆变系统的共模EMI建模预测及抑制技术研究

发布时间：2020-09-10 13:09

　　现今三相电力电子变换器因其多样的能量形式转换特点,被广泛应用于电能变换场合。例如,三相两电平电力电子装置被广泛应用于航空航天、舰船的逆变供电等领域,模块化多电平换流器(Modular multilevel converter,MMC)也被广泛应用于电力系统的输变电设备等大功率场合。然而,三相电力电子变换器中开关管高速通断所造成的电压跳变,会通过对地寄生电容产生严重的共模(Common Mode,CM)电磁干扰(Electromagnetic Interference,EMI)。其不仅会危害设备自身的安全运行,也会危害周围的易感设备的安全可靠运行。本文主要对三相逆变系统的共模EMI的建模预测和抑制技术进行研究。首先,对传统三相两电平逆变器进行共模EMI建模预测。针对系统中的关键无源器件,通过阻抗分析仪测量系统中电感、电容等的频率特性曲线,基于Matlab仿真软件,用RLC电路网络来拟合频率特性曲线,来建立无源器件的高频等效模型。针对有源器件,对IGBT开关器件进行特征化建模,模拟其实际开关过程。用解析法和有限元分析软件Q3D Extractor来得到IGBT自身的寄生参数和对地寄生参数。在此基础上,建立系统的共模EMI时域和频域预测模型。对比仿真预测的共模EMI频谱和实验测得的共模EMI频谱来验证所建立的模型的正确性。然后,针对三相两电平逆变器的共模EMI,提出一种改进的H8拓扑抑制方法。分析了系统从非零开关状态向零开关状态转变过程中,系统的共模电压的大小是由电路拓扑中电容C_1-C_8决定的。并推导出为实现零共模电压跳变,所并联电容的关系。针对原有调制策略存在的缺陷,对调制策略进行改进,使系统的共模电压不受死区影响,即不发生跳变。通过仿真和实验来验证所提出拓扑和调制策略对系统共模干扰的抑制作用。最后,针对拓扑结构更为复杂的MMC三相并网逆变系统的共模EMI问题,提出一种基于频域的建模预测方法。通过理论分析,对MMC系统中的共模干扰源进行分别建模。再者,分析了死区对MMC系统所产生的影响,指出在高频共模EMI模型中考虑死区的必要性。考虑到电流的趋肤效应后,采用4阶RL电路网络来对系统中的线缆进行建模。更进一步地,建立MMC系统的高频共模EMI模型。通过对比两组仿真结果来验证所提出的频域建模预测方法的正确性。
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM46
【部分图文】：

频谱,实验台架,并联电容,逆变器

DC3.5 实验验证3.5.1 实验样机说明本文搭建实际样机来进一步说明所提出拓扑和调制策略的有效性。如图 3.15(a)所示。系统主要是由直流供电电源、变换器主电路和控制电路三部分组成。其中，控制电路是采用 DSPTMS320F28335 控制，生成的 PWM 信号经由驱动电路处理最终生成驱动 IGBT 的脉冲信号，来实现本文所提出的调制方法。在实际实现过程中，通过焊接的方法来实现由带并联电容的 H8 逆变器向传统H6 三相逆变器转换，这样就保证了两个系统在杂散参数上的相当。为了便于测量，用 Lecroy ADP305 100MHz 高压差分探头测量三相桥臂中点对负母线的电压，取平均值即为系统的共模电压。用 Rohde & Schwarz EMI 接受机的 100MHz 电流探头来测试直流侧的共模电流的频谱，如图 3.15(b)所示。

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