三相三电平T型双向PWM变换器的研究

发布时间：2017-08-03 16:15

  本文关键词：三相三电平T型双向PWM变换器的研究

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【摘要】：随着电力电子装置应用数量的增加,能源危机以及环境污染问题日益严重等情况的出现,新能源以及新型的电能供配使用方式越来越受到人们重视。在可再生能源开发以及电能供配使用中,交直流混合微电网技术是重要发展方向；其中,双向AC/DC变换器作为交流母线和直流母线的重要枢纽,其拓扑和控制技术具有很高的研究意义。在双向AC/DC变换器拓扑的选取上,基于T型拓扑的AC/DC双向变换器改进了传统NPC三电平拓扑器件过多、损耗分布不均等缺点。因此,本文基于T型拓扑展开研究。首先,本文分析了三相三电平T型双向PWM变换器的工作原理,分别对三相三电平T型双向PWM变换器在逆变模式以及整流模式下的工作模态进行了分析。在分析了双向变换器工作原理的基础上,采用状态空间平均法分别在三相静止(abc)坐标系、两相静止(αβ)坐标系和两相同步旋转(dq)坐标系下建立了双向变换器的数学模型和等效电路；建立了基于三相三电平T型双向PWM变换器电路在dq坐标系下的数学模型,本文在双闭环控制环路的基础之上,分析了其控制策略,实现了电流解耦控制,建立了基于PI调节器电压外环和电流内环的控制结构框图,得到了电流环和电压环的传递函数,并根据模型给出了控制参数的整定方法。其次,本文设计了一种LCL滤波器,该方法未引入任何额外器件,而是重新组合交流侧的无源器件,在不增加成本的情况下,保证了双向变换器的高可靠性和高功率密度。此外,论文提出了一种新颖的高频电磁隔离驱动方法；给出了硬件电路的设计和软件的配置方法,并详细分析了基于数字控制芯片和模拟电路实现驱动的工作原理。论文提出的电磁隔离驱动方法,适用于控制脉宽实时变化的驱动,且占空比能在0-100%的范围内进行调节。论文提出的这种新颖的驱动电路除了具有绝缘强度高,抑制共模干扰能力强等优点之外,还具有成本较低,动态响应速度快的优点,适合开关管的高频脉冲控制信号的隔离放大。实验结果表明,文中研究的驱动方法是行之有效的,具有很好的实际应用价值。最后,搭建了一台三相三电平T型双向PWM变换器实验样机,设计了系统的功率电路、驱动电路,调理电路等,进行了三相三电平T型双向PWM变换器逆变模式以及整流模式的实验,给出了整流运行和逆变运行状态下的波形。实验结果验证了理论分析及仿真结果的正确性。
【关键词】：逆变 整流 T型 滤波器 驱动方法
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM46
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 课题背景10-11
• 1.2 AC/DC双向变换器的主要要求11
• 1.3 AC/DC双向变换器的研究现状11-16
• 1.3.1 变换器拓扑的研究11-14
• 1.3.2 变换器的并网控制功能研究14
• 1.3.3 变换器的多功能化研究14
• 1.3.4 变换器的均流控制研究14-16
• 1.4 三相电压和电流不平衡研究16-17
• 1.4.1 不平衡产生的原因及影响16
• 1.4.2 缓解措施16-17
• 1.5 变换器中滤波器的研究17-18
• 1.6 本文的主要研究内容18-20
• 第二章 T型双向变换器工作原理及建模20-35
• 2.1 T型双向变换器工作原理20-22
• 2.1.1 三相三电平T型双向PWM变换器逆变模式工作原理20-21
• 2.1.2 三相三电平T型双向PWM变换器整流模式工作原理21-22
• 2.2 三相三电平T型双向PWM变换器数学建模22-27
• 2.2.1 静止ABC坐标系下数学模型23-25
• 2.2.2 静止αβ坐标系数学模型25-26
• 2.2.3 静止dq坐标系数学模型26-27
• 2.3 驱动电路原理27-30
• 2.3.1 驱动电路的硬件构成27-28
• 2.3.2 驱动电路的工作原理28-30
• 2.4 T型开关损耗分析30-34
• 2.4.1 IGBT开通损耗31-32
• 2.4.2 IGBT关断损耗32-33
• 2.4.3 二极管关断损耗33-34
• 2.4.4 通态损耗34
• 2.4.5 周期总损耗34
• 2.5 本章小结34-35
• 第三章 控制策略研究35-45
• 3.1 三相三电平T型双向PWM变换器控制系统的设计35-39
• 3.1.1 坐标系下的控制策略35-36
• 3.1.2 dq旋转坐标系下的控制策略36-37
• 3.1.3 电流环参数设计37-38
• 3.1.4 电压环参数设计38-39
• 3.2 针对电网不平衡情况下的控制策略39-41
• 3.2.1. 电网电压正负序分量提取和控制39-40
• 3.2.2. 锁相控制40-41
• 3.3 SVPWM原理41-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第四章 T型双向变换器优化和设计45-55
• 4.1 直流侧电容设计46
• 4.2 开关器件的选型46-47
• 4.3 输出滤波器设计47-49
• 4.4 采样电路设计49-51
• 4.4.1 母线电压采样调理电路49
• 4.4.2 电网电压采样和调理电路49-50
• 4.4.3 电网电流采样和调理电路50
• 4.4.4 母线过压保护50-51
• 4.4.5 过流保护电路51
• 4.5 驱动电路设计51-53
• 4.5.1 脉冲变压器的设计52
• 4.5.2 脉冲控制信号的数字配置52-53
• 4.6 控制系统的软件设计53-54
• 4.7 本章小结54-55
• 第五章 T型双向变换器仿真和实验结果分析55-63
• 5.1 基于PSIM仿真和仿真结果分析55-58
• 5.1.1 双向变换器原理仿真55-57
• 5.1.2 驱动电路仿真57-58
• 5.2 测试结果与分析58-62
• 5.2.1 整机性能测试59-61
• 5.2.2 驱动实验测试61-62
• 5.2.3 样机谐波测试62
• 5.3 本章小结62-63
• 第六章 总结与展望63-65
• 参考文献65-70
• 致谢70-72
• 攻读学位期间发表的学术论文与科研项目72-74

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本文编号：615210