电流型多电平变流器的研究

论文摘要

舰艇的机动性是指舰艇在接收响应命令时能迅速改变航行状态的能力,它是衡量舰艇作战性能的一项重要指标。舰艇的机动性与舰艇的电力推进系统有着密切的关系。由于电流型多电平变流器用于电机驱动具有控制电流更直接方便、动态响应快、回馈制动方便等优点,因而在大功率应用场合将具有广泛的应用。所以将电流型多电平变流器应用于舰艇电机的驱动中,将会有广阔的发展和研究空间。多电平变流器实际上是一种以电路拓扑为硬件、调制方式为软件的功率放大器。目前主要是针对于电压型变流器的研究,对电流型变流器的研究还刚处于起步阶段。但随着超导技术的发展,电流型变流器中的电感储能问题将会得到解决,所以电流型变流器将会有广泛的应用前景。本文主要研究内容如下:首先介绍了舰艇动力装置的发展历程,即由蒸汽轮机、柴油机一直发展到现在的电力驱动装置。其次介绍了大功率变流器的发展现状及其相关的拓扑结构。本文主要研究一种单相5电平电流源变流器的拓扑结构和一种基于POD-PWM的控制方式。该拓扑结构简单,所用开关和分流电感数目比同类拓扑少。针对该拓扑,应用多载波POD-PWM技术,分别研究了开环和闭环控制方案。在开坏控制下,分流电感电流波动较大,不能很好的实现均流效果:在闭环控制下,电感电流得到了有效的均衡,输出谐波大大减少。仿真结果验证了上述分析的正确性。同时还研究了一类三相5电平拓扑的工作原理和POD-PWM调制方式。该类拓扑通过合成分流电感的电流而获得多电平电流。该类拓扑结构简单,在开环下就能实现各分流电感电流的平衡控制。对三相5电平的拓扑进行了原理分析,并对其开关控制策略进行研究,给出合理的开关顺序,最后用仿真来验证结论的正确性。最后,对单相5电平和三相5电平拓扑进行拓展,拓展到7电平以及更高的电平。随着电平数的增加,能够有效的减少输出谐波含量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 国内外发展现状
• 第二章 大功率变流器
• 2.1 大功率变流器的拓扑结构
• 2.1.1 普通变流器
• 2.1.2 多重化结构
• 2.1.3 多电平变流器
• 2.2 大功率变流器的控制策略
• 2.2.1 阶梯波脉宽调制
• 2.2.2 基于载波的PWM技术
• 2.2.3 空间矢量
• 2.3 大功率变流器的应用综述
• 2.4 电流型多电平变流器的应用前景
• 2.5 电流型多电平变流器的研究现状
• 2.5.1 单相直接型多电平CSI
• 2.5.2 单相组合型多电平CSI
• 2.5.3 三相组合型多电平CSI
• 2.6 电流型多电平变流器的发展方向
• 第三章 单相直接型电流型5电平变流器
• 3.1 一种基于共享电感的并联结构
• 3.2 一类简化的单相多电平CSI拓扑
• 3.2.1 电压型和电流型多电平变流器的对偶
• 3.2.2 一种简化的电流型多电平新拓扑结构
• 3.3 单相5电平CSI的控制策略
• 3.3.1 电感电流平衡的开环控制方式
• 3.3.2 电感电流平衡的闭环控制方式
• 3.3.3 电感电流平衡的开环和闭环控制方式比较
• 3.4 单相5电平CSI的仿真研究
• 3.4.1 电感电流平衡的开环控制仿真
• 3.4.2 电感电流平衡的闭环控制仿真
• 3.5 实验硬件电路设计
• 3.5.1 实验主电路
• 3.5.2 实验控制电路
• 3.5.3 逻辑控制电路和硬件电路
• 第四章 三相直接型电流型多电平变流器
• 4.1 三相直接型多电平CSI拓扑
• 4.1.1 三相直接型电压型和电流型拓扑结构
• 4.1.2 三相5电平CSI工作原理
• 4.1.3 三种工作模式
• 4.2 三相五电平CSI控制策略的研究
• 4.3 直接型三相五电平CSI仿真
• 4.4 三相五电平CSI原理图设计
• 4.4.1 主电路拓扑
• 4.4.2 三相五电平CSI控制电路
• 第五章 电流型多电平变流器拓扑的拓展
• 5.1 单相直接型5电平CSI拓扑的拓展
• 5.2 三相直接型5电平CSI拓扑的拓展
• 5.3 单相组合型和三相组合型CSI拓扑的拓展
• 5.4 多电平拓扑拓展综述
• 第六章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢