用于新型貫通供電系統(tǒng)的級聯(lián)變換器研究.pdf

1、針對現(xiàn)有供電系統(tǒng)的不足而提出的貫通供電系統(tǒng)能夠完全取消電分相裝置，較好地解決電能質(zhì)量問題。同時，電力電子器件功率等級的不斷提升使得該系統(tǒng)的優(yōu)勢日益突出。本文研究用于無輸出變壓器新型貫通供電系統(tǒng)的級聯(lián)變換器，并從理論、仿真和實驗三方面驗證了系統(tǒng)的可行性。
　　本文首先從工程實際出發(fā)，設(shè)計了用于新型貫通供電系統(tǒng)的三相-單相級聯(lián)變換器結(jié)構(gòu)及其控制系統(tǒng)。研究了三相三電平二極管鉗位整流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和工作原理，建立了整流器在dq坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)

2、模型，結(jié)合數(shù)學(xué)模型研究了dq解耦雙閉環(huán)控制策略;研究了單相三電平二極管鉗位級聯(lián)逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和工作原理，建立了逆變器的數(shù)學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上研究了單相級聯(lián)逆變器的電壓閉環(huán)控制策略;探討了三相-單相變換器直流電壓二次脈動產(chǎn)生機理，并設(shè)計了二次濾波電路來抑制直流側(cè)電壓二次脈動。
　　結(jié)合多電平調(diào)制技術(shù)研究現(xiàn)狀，重點研究了多載波SPWM調(diào)制策略。深入分析了載波層疊SPWM調(diào)制策略(Carrier Disposition SPWM，CD-

3、SPWM)和載波移相SPWM調(diào)制策略(Carrie Phase-shifted SPWM，CPS-SPWM)，對比了不同調(diào)制策略下變換器輸出電壓的諧波特性。根據(jù)各個調(diào)制策略的優(yōu)缺點，結(jié)合三電平二極管鉗位PWM變換器電路特點，設(shè)計了適合三相-單相級聯(lián)變換器系統(tǒng)的調(diào)制策略，包括三相-單相PWM變換器模塊內(nèi)的同相層疊調(diào)制(Phase Disposition SPWM，PD-SPWM)和三相-單相PWM變換器模塊間CPS-SPWM級聯(lián)調(diào)制策略。

4、
　　在上述研究的基礎(chǔ)上，利用Matlab/simulink仿真平臺完成了三相-單相PWM變換器、單相PWM逆變器級聯(lián)仿真驗證，最終搭建了基于三相-單相級聯(lián)變換器的新型貫通供電系統(tǒng)變電所仿真模型，在啟動、空載、帶載等工況下分別對系統(tǒng)三相電網(wǎng)側(cè)、直流側(cè)、單相牽引網(wǎng)側(cè)仿真結(jié)果進行分析，并分析了三相電網(wǎng)側(cè)電壓電流和單相輸出電壓的諧波特性。仿真結(jié)果表明系統(tǒng)在多種工況下均能正常穩(wěn)定工作，工況發(fā)生改變時，系統(tǒng)能快速響應(yīng)，超調(diào)小，調(diào)整時間短。在

5、帶載情況下，系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)為1，網(wǎng)側(cè)電壓電流諧波含量低，單相牽引網(wǎng)輸出電壓波形質(zhì)量高，動態(tài)響應(yīng)好。仿真驗證了理論分析的正確性和本文所設(shè)計的三相-單相級聯(lián)變換器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制策略、調(diào)制策略的可行性和有效性。
　　最后，本文搭建了基于FPGA的小功率實驗平臺，設(shè)計了實驗方案和實驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及參數(shù)。在實驗平臺上完成了三相-單相PWM變換器實驗、單相PWM變換器級聯(lián)實驗，三相-單相級聯(lián)變換器系統(tǒng)實驗。實驗結(jié)果證明，本文所研究的級聯(lián)變換器能

6、夠有效擴大系統(tǒng)容量，同時進一步驗證了本系統(tǒng)的主電路結(jié)構(gòu)、控制策略和調(diào)制策略的可行性。
　　綜上所述，本文在理論分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計了用于新型貫通供電系統(tǒng)的三相-單相級聯(lián)變換器結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)及其調(diào)制策略，通過仿真和實驗驗證了基于三相-單相級聯(lián)變換器的新型貫通供電系統(tǒng)可取消輸出升壓變壓器，降低系統(tǒng)電力電子器件的耐壓要求;輸出電壓電平數(shù)可倍增，使得開關(guān)頻率可降得更低，開關(guān)損耗隨之降低;當(dāng)電平數(shù)足夠高時，諧波含量很低，可取消濾波電路;可根據(jù)