论文题目: 中高压功率变换相关技术的基础研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 电力电子与电气传动
作者: 费万民
导师: 吕征宇,吴兆麟
关键词: 中高压,多电平,功率变换器,拓扑结构,控制策略,特定谐波消除,隔离驱动电源
文献来源: 浙江大学
发表年度: 2005
论文摘要: 近年来,新型多电平功率变换器由于输出容量大、适用于高电压场合和输出电压电流谐波含量小等显著优点,在中高压调速领域、交流柔性供电系统(FACTS)中得到了广泛的关注,成为中高压环境能量处理的首选方案。本文首先对中高压功率变换技术的现状进行了较为详细的综述研究,在此基础上,着重研究了中高压功率变换器的主电路拓扑结构、控制策略和中高压功率变换器中功率器件的隔离驱动电源设计等关键性技术基础问题,主要包括以下内容: 1、着重研究了多电平变换器的拓扑结构,探讨在不同电压等级下主电路拓扑结构的构成策略和拓展方法。针对高电压、高性能功率变换场合的需要,提出了一种主从组合式多电平变换器的拓扑组合结构,具有输出波形质量高、输出电压等级高和功率转换效率高等特点。二极管箝位多电平变换器可实现功率双向流动控制,因而在电机调速领域、电力系统有源滤波和无功补偿方面有优势,本文针对中压环境应用,提出了一种混合二极管箝位多电平变换器的拓展方法,从而产生了一类新的二极管箝位多电平变换器,所使用的箝位二极管数目和具有同样电平数的经典二极管箝位多电平变换器相比有所减少。针对低电压、高性能功率变换的需要,提出了一种附加双向开关多电平变换器拓扑结构的拓展方法,所产生的附加双向开关多电平变换器具有元器件数量少,控制简单,效率高等优点。 2、着重研究了多电平功率变换器的PWM控制方法,分别介绍了多电平变换器的多载波SPWM控制方法、电压空间矢量SVPWM控制方法和特定谐波消除脉宽调制SHEPWM方法,通过仿真和实验的方法,着重研究了通用的多电平变换器SHEPWM方法,针对1/4周期对称的多电平逆变器PWM波或阶梯波形,提出了一种根据波形直接确定傅立叶系数和多电平SHEPWM非线性方程组的方法,省去了烦琐的定积分推导,大大简化了非线性方程组的建立过程:提出了一种采用多载波SPWM方法确定非线性方程组的初值的方法,加速和改善了非线性方程组迭代过程的收敛。以混合级联多电平变换器为例,分析了SHEPWM方法的具体实现。 3、对中高压功率变换装置中可控开关器件的隔离驱动电源设计方法,进行了较为详细的研究。介绍了思路具有启发性的从缓冲电路采集能量的自供电技术和未来非常具有应用前景的压电陶瓷变压器技术。基于专利技术,本文研究了一种新的隔离驱动电源设计方法,即用幅值恒定的高频交流电流,驱动一组输出隔离变压器的单匝原边绕组,在每一个输出变压器的副边得到一路稳定的驱动电源。根据该思路设计的高隔离电压、多输出驱动电源,具有:1)电源输出之间的隔离电压由原边高压电缆的绝缘电压决定,可以作到相当高的电压等级;2)隔离的输出路数由中高压功率变换装置中可控开关器件的多少决定,输出路数可以作到很高,而且输出路数的增减不影响主电路和控制电路的结构,非常方便;3)每个输出单元的位置,均可以根据其所要驱动的可控功率开关的位置,就近安排,非常灵活方便等。相对于用其他方式研制的具有相同输出路数、相同功率、相同隔离电压的电源,该电源具有体积小、重量轻、效率高、可靠性高、价格低等显著优点,是目前中高压功率变换装置中功率器件驱动电源设计的比较理想的方案。 4、对本文的研究工作和成果进行了总结,对以后的研究工作进行了展望。
论文目录:
第一章 绪论
1．1 中高压逆变装置的主电路拓扑结构
1．1．1 多管串联的两电平变换电路
1．1．2 新型多电平电压型逆变器
1．1．2．1 二极管箱位多电平变换器
1．1．2．2 飞跨电容多电平变换器
1．1．2．3 级联型多电平变频器
1．1．2．4 混合级联多电平变频器
1．2 适用于中高压逆变装置的大功率器件
1．3 控制策略
1．3．1 阶梯波脉宽调制
1．3．2 正弦脉宽调制(SPWM)
1．3．2．1 多电平谐波消除 SPWM方法
1．3．2．2 注入三次谐波 SPWM方法
1．3．3 空间矢量脉宽调制(SVPWM)
1．3．4 多电平变换器的特定谐波消除脉宽调制方法
1．3．5 适用于级联多电平变换器的移相控制技术
1．3．5．1 三角载波移相 PWM方法
1．3．5．2 空间矢量移相 PWM方法
1．3．5．3 特定谐波消除PWM的移相方法
1．4 本文的主要目标和研究成果
第二章 多电平变换器主电路拓扑研究
2．1 高电压环境下的主从组合式多电平变换器
2．1．1 Ⅱ-Ⅰ主从组合式级联多电平变换器
2．1．2 Ⅲ-Ⅰ主从组合式级联多电平变换器
2．1．3 主从组合式多电平变换器的 SPWM控制方法
2．1．3．1 主变换器的控制策略
2．1．3．2 从变换器的PWM控制策略
2．3 适用于低电压环境的附加双向开关多电平变换器
2．3．1 附加双向开关多电平变换器的拓扑结构
2．3．2 附加双向开关多电平变换器的工作模式
2．3．2．1 零输出工作模式
2．3．2．2 正输出工作模式
2．3．2．3 负输出工作模式
2．3．3 附加双向开关多电平变换器的仿真研究
2．4 本章小结
第三章 多电平变换器的 PWM城控制策略
3．1 电压空间矢量脉宽调制 SVPWM
3．1．1 三电平电压空间矢量脉宽调制的原理、算法和数字实现
3．1．2 多电平变换器电压空间矢量调制 SVPWM方法
3．2 多电平变换器的多载波 SPWM控制方式
3．2．1 多电平变换器的经典多载波 SPWM控制方式
3．2．2 注入零序谐波SPWM控制方法
3．2．3 基于不同载波频率的多载波 SPWM控制方法
3．3 开关点预置 PWM控制方法或特定谐波消除SHEPWM方法
3．3．1 三电平 SHEPWM非线性方程组的建立与求解
3．3．1．1 三电平 SHEPWM非线性方程组的建立
3．3．1．2 非线性方程组的求解
3．3．1．3 三电平逆变器 SHEPWM的仿真研究
3．3．1．4 三电平逆变器 SHEPWM的实验研究
3．3．1．5 三电平逆变器 SHEPWM电压利用率的提高
3．3．2 多电平逆变器特定谐波消除脉宽调制 SHEPWM方法
3．3．2．1 五电平 SHEPWM非线性方程组的建立
3．3．2．2 五电平 SHEPWM非线性方程组的求解
3．3．2．3 五电平 SHEPWM方法的仿真研究
3．3．3 多电平变换器 SHEPWM方法的实现步骤
3．3．4 多电平变换器 SHEPWM方法的电路实现
3．3．4．1 两级混合级联多电平变换器的电压分析
3．3．4．2 非线性方程组的建立和求解
3．3．4．3 SHEPWM方法的混合级联多电平电路实现
3．4 本章小结
第四章 中高压功率变换器中开关管的驱动电源研究
4．1 常规的驱动电源设计
4．2 从缓冲电路取得电源的自供电技术
4．3 压电陶瓷变压器及其在隔离驱动电源中的应用
4．4 新型高隔离电压、多输出开关电源
4．4．1 基本思路
4．4．2 主电路拓扑结构
4．4．3 控制电路
4．4．4 输出隔离变压器
4．4．5 输出变压器副边电路
4．4．6 仿真波形和实验结果
4．4．7 结论
4．5 本章小结
第五章 总结与展望
5．1 本文研究工作的总结
5．2 展望
攻读博士学位期间发表的论文
发布时间: 2005-07-14
参考文献
- [1].多端口级联多电平变换器及其在电机驱动中的应用研究[D]. 王盼.武汉大学2018
- [2].电压型多电平变换器若干关键技术研究[D]. 陈权.合肥工业大学2007
- [3].基于不对称结构的新型多电平变换器研究[D]. 韩金刚.上海海事大学2007
- [4].多电平变换器热管理不平衡相关技术研究[D]. 方蒽.中国矿业大学2017
- [5].模块化多电平变换器的优化调制及控制策略研究[D]. 孙毅超.东南大学2017
- [6].基于部分单元能量回馈的级联多电平变换器的理论研究与实现[D]. 熊兰.武汉大学2014
- [7].模块化多电平变换器及其在交流电机驱动与海上风力发电控制中的应用[D]. 台丙勇.北京理工大学2016
- [8].新型大功率级联H桥多电平变换器[D]. 王畅.中国矿业大学(北京)2016
- [9].模块化多电平变换器关键技术研究及其在STATCOM中的应用[D]. 刘万勋.华中科技大学2016
- [10].模块化多电平变换器（MMC）若干关键技术研究[D]. 范声芳.华中科技大学2014
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