电流型多电平变流器拓扑及pwm控制策略研究

《电流型多电平变流器拓扑及pwm控制策略研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、浙江人学硕士学位论文第一章1．1引言第一章绪论在过去的几十年里，电力电子器件经历了晶闸管(SCR)，可关断器件(G1’o)、大功率晶体管(GTR)和场控器件(IGBT和P0wERMOSFET)三个阶段。近年来，各种新型功率器件，如IGcT、MCT等又纷纷出现。电力电子的单管容量开关频率已经得到了极大的提高，既便是这样，在某些应用场合，传统的两电平拓扑仍不能满足人们对高压大功率的要求，随着电力电子领域各种技术的全面发展，人们对电力电子装置的高压、大功率和高频化的要求越来越强烈，人们希望电力电子装置能够处理越来越高的电压等级和容量等级，例如，电力系统

2、中以高压直流输电(HVDc)，静态无功补偿(s耵玎cOM)等为代表的柔性交流输电技术(FAcTs)，以及以高压变频为代表的大电机驱动和大功率电源装置。多电平变换器也就是在这种背景下成为高压大功率变换研究的热点㈨2]【3】。目前，多电平变换器技术【4J己成为电力电子学中，以高压大功率变换为研究对象的～个新的研究领域。对于电平数为N的多电平变换器，它具有以下突出优点：1．每个功率器件仅承受1／(Ⅳ一1)的母线电压(N为电平数)，所以可以用低耐压的器件实现高压大功率输出，且无需动态均压电路。2．电平数的增加，改善了输出电压波形，减小了输出电压波形畸变(

3、ⅡD)。3，可以用较低的开关频率获得和高开关频率下两电平变换器相同的输出电压波形，因而开关损耗小，系统的效率高。4．由于电平数的增加，在相同的直流母线电压条件下，较之两电平变换器，开关器件所承受的dv／dt应力大为减少。目前对电压型多电平变换器研究得很多，但几乎还没有将多电平技术应用到电流型变流器中去的研究报道。随着高温超导技术突破性的发展并进入实用化，超导技术解决了电流型变流器中的储能电感储能效率问题，同时电力超导储能系统中储能线圈具有电流源特性，因此电流型变流器将成为应用最佳选择之一。对浙江大学硕士学位论文第一章电流型多电平变流器的研究工作是

4、必要的、可行的，具有重要的理论意义和应用前景。1．2电压型多电平变流器传统的变流电路在实现大功率的同时，在性能上并未有太多突破，且以系统的复杂性和高成本为代价。近年来，多电平变换器越来越多受到关注。它一般是由几个电平台阶合成阶梯波以逼近正弦输出电压。这种变换器的输出波形具有更好的谐波频谱，每个开关器件所承受的电压应力较小，开关损耗小，因而这种变换器已成为研究的热点。常见的多电平变换器有以下几种：1．二极管筘位型多电平逆变器(Diode—cl锄pedmulmevelinvertcr)2．飞跨电容型多电平逆变器(Flyin争capac“or珊止til

5、evelinver【er)3．级联型多电平逆变器(Cascadedmllltilevelinvertcr)1．2．1二极管箝位型多电平逆变器lsll6l

6、71图l—l所示是二极管筘位型五电平三相逆变器的主电路结构。分压电容c】2C22c32C4，并且％12％22％32％4；每相桥臂有8个开关器件串联，其中每4个开关器件同时处于导通或关断状态，其中Sal和Sa5互补、Sa2和Sa6互补、sa3和Sa7互补、s“和Sa8互补。o图1．1二极管箝位型五电平三相逆变器主电路箝位二极管的耐压要求较高。每相所需要的二极管数量为(m．1)(m一2)，二浙江大学

7、硕士学位论文第一章极管的数量与电平数的平方成正比(目前研究中的电平数一般不超过7)。二极管钳位多电平变流器的优点：1．阶梯波调制时，器件在基频下工作，开关损耗小，效率高；2．可控制无功功率流；3．back．to_back连接系统控制简单；缺点：1．需要大量钳位二级管；2．每桥臂上下侧功率器件的导通时间不一样，造成负荷不一致3．存在直流分压电容电压不平衡问题。1．2．2飞跨电容型多电平逆变器IBlf91f101』，。驯<本“<丰“<：』』u-飞跨电容型五电平三相逆变器主电路所示是飞跨电容型三相五电平逆变器的主电路结构。每相桥臂有8个开关串联，其中每

8、4个开关器件同时处于导通或关断状态，其中sal和sa8互补a2和sa7互补、sa3和sa6互补、sa4和sa5互补。电容箝位型变流器具有开关方式组成灵活、对开关器件保护能力较强等优点，m电平的变流器每一要(m一1)(m．2)／2个辅助电容。电容箝位型变流器需要大量的箝位电容，体积，可靠性差。存在直流分压电容电压不平衡问题。因此，对电容箝位型变流应用性研究比二极管箝位型多电平变流器要少。多电平变流器的优点：波调制时，器件在基频下开通关断，损耗小，效率高；制无功和有功功率流，因而可用于高压直流输电等方面：浙江大学硕士学位论文第一章3．大量开关组合冗余

9、，可用于电压平衡控制；缺点：1．需要大量的钳位电容，体积庞大，可靠性差：2．用于有功功率传输时，控制复杂，开关频率高，开关损耗大3．存在