中点箝位型三电平变流器调制策略研究

发布时间：2020-03-19 08:43

【摘要】：二极管箝位型三电平变流器(又称三电平中点箱位(Neutral Point Clamped,NPC)变流器)应用广泛,然而中点电位不平衡及共模电压问题影响着其工作性能,亟待解决。双调制波载波调制(Double Modulation Wave Carrier-Based Pulse Width Modulation,DMWPWM)策略适用于全调制度、全功率因数范围,且无直流电容电压低频波动,基于此策略进行改进,分别实现中点电位平衡闭环控制及共模电压抑制。此外,为发展高频、高效、高压大功率的三电平装置,SiC、GaN等新型半导体器件受到广泛关注,但由于其工业应用成本过高,研究一种适用于混合SiC器件的有源中点箝位(ActiveNeutral-Point-Clamped,ANPC)型三电平变流器调制策略,在控制成本的同时实现光伏并网逆变器装置体积减小及效率提升。本文基于三电平NPC变流器中点电位平衡、共模电压抑制,以及ANPC型三电平变流器调制策略优化,从以下几个方面进行研究:首先,介绍了课题背景意义及国内外研究现状,详细介绍了三电平NPC变流器两大研究热点:中点电位平衡、共模电压抑制,以及ANPC型三电平变流器两种传统调制策略;其次,以三电平NPC变流器为研究对象,针对中点电位不平衡问题,采用DMWPWM策略实现全调制度、全功率因数范围无直流电容电压低频波动,但其本质为开环控制,难以抑制非调制因素引起的中点电位不平衡,通过向DMWPWM策略叠加补偿量,实现中点电位平衡闭环控制;再次,以三电平NPC变流器为研究对象,对比三类DMWPWM策略的直流电压利用率、器件开关损耗、输出电压谐波总畸变率(Total Harmonic Distortion,THD)、输出电流THD和共模电压,得到最优DMWPWM策略。针对共模电压问题,改进最优DMWPWM策略,分别实现共模电压的降低与消除,对比两种共模电压抑制方法的共模电压抑制效果和差模电压THD,得到最优共模电压抑制方法;最后,以ANPC型三电平变流器为研究对象,在内管工作于高频模式的传统调制策略基础上,通过改变换流时开关器件开通、关断时序,形成了一种适用于高频开关管为SiC器件的ANPC型三电平变流器调制策略,可用于感性负载及容性负载。仿真和实验结果验证了所采用调制策略的正确性及有效性,效率测试结果证明本方案有效提升了光伏并网逆变器的效率。
【图文】：

输出波形,多电平变流器,场合,超导储能

可减小装置体积和损耗；关频率得到和高开关频率下两电平变流器相同的有输出电压高、功率大、输出波形 THD 小、电磁低、器件电压应力低等优点[6]，如图 1-1 所示， Direct Current，HVDC）、超导储能、静止无功感应加热、大容量不间断电源（Uninterruptible P电等场合[7]。伏（b）风电（c）

低频扰动,电压波动,直流电,负载电流

[16]，平衡直流侧电容电压是三电平 NPC 变流器的研究热点。图1-3 直流电容电压波动引起负载电流低频扰动幅值对比Fig 1-3 The low frequency disturbance of load current caused by DC capacitor voltage fluctuation（2）共模电压三电平 NPC 变流器在电动机绕组中产生的共模电压是其应用过程中另一重点问题，，该共模电压的产生会对电动机工作及变流器驱动系统产生如下不良影响[17,18]：1）在静电耦合的作用下，共模电压在转子和机壳间建立起轴电压，当轴电压超过轴承润滑剂绝缘能力时将产生过大轴承电流，轴承电流会损坏电动机；2）共模电压产生共模漏电流，通过定子绕组和接地机壳间的静电耦合流入地，产生共模电磁干扰[19]，该共模漏电流还会使漏电流保护继电器误动作[20]。因此，为了使三电平 NPC 变流器在应用时具有良好的工作性能，中点电位平衡以及共模电压抑制是其研究的两个重点方向。1.2.2 有源中点箝位型三电平变流器三电平技术在低压小功率领域的应用已渐趋成熟
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM46

【参考文献】