大功率IGCT五电平NPC/H桥变流器的研究

论文摘要

五电平NPC/H桥型拓扑结构是集合了三电平NPC拓扑结构和H桥级联拓扑结构的优点的一种拓扑结构,具有控制算法简单的特点。本文主要研究大功率IGCT五电平NPC/H桥变流器的若干关键问题。首先分析了NPC变流器的换流过程,建立了IGCT和功率二极管(包括快恢复二极管或者称硬关断二极管,软关断二极管)的仿真模型,深入研究了缓冲吸收电路、杂散电感和功率二极管对NPC桥臂上换流过程的影响,研究了NPC变流器IGCT动态和静态电压不均衡的问题。NPC变流器桥臂上的换流过程是本文研究的重点和主线。本文首先分析了NPC桥臂上的14种换流过程,并研究了IGCT器件开通和关断数学模型,在PSIM仿真软件上建立了它的仿真模型。根据功率二极管的工作特性,计算出其正向导通和反向恢复的数学模型,并基于该数学模型建立功率二极管的仿真模型。其次本文分析了NPC变流器中缓冲吸收电路、杂散电感和主电路二极管对换流过程的影响,并推导了换流过程中缓冲吸收电路工作状态的数学模型,分析了杂散电感对换流过程的影响,研究了主回路采用硬关断二极管和软关断二极管对换流过程的影响。基于对NPC桥臂上换流过程的分析,本文研究了NPC/H桥型变流器换流过程,并得到了换流路径和数学模型。最后,本文研究了NPC变流器IGCT动态和静态电压不均衡的问题。并提出了新型NPC变流器动态和静态均压吸收电路。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 大功率IGCTs-NPC变流器的研究现状
• 1.3 IGCT和功率二极管仿真模型的研究现状
• 1.4 大功率变流器IGCT串联均压的研究现状
• 1.5 本文的主要研究内容
• 第二章 NPC变流器换流过程分析及功率器件建模
• 2.1 NPC变流器的工作原理
• 2.2 NPC换流过程分析
• 2.2.1 P（?）O开关状态切换时的换流过程
• 2.2.2 O（?）P开关状态切换时的换流过程
• 2.2.3 其他开关状态切换时的强迫换流过程
• 2.2.4 自然换流过程
• 2.3 功率器件建模
• 2.3.1 IGCT的建模
• 2.3.2 功率二极管的建模
• 2.4 小结
• 第三章 NPC变流器中缓冲吸收电路、杂散电感和主电路二极管对换流的影响
• 3.1 缓冲吸收电路对强迫换流过程的影响
• 3.1.1 负载电流为正P（?）O换流过程的分析
• 3.1.2 负载电流为负时P（?）O换流过程的分析
• 3.1.3 小结
• 3.2 杂散电感对强迫换流过程的影响
• 3.2.1 杂散电感对负载电流为正P（?）O换流过程的影响
• 3.2.2 杂散电感对负载电流为负P（?）O换流过程的影响
• 3.2.3 小结
• 3.3 NPC主电路二极管对换流过程的影响
• 3.3.1 硬关断功率二极管对负载电流为负P（?）O换流过程的影响
• 3.3.2 软关断功率二极管对负载电流为负P（?）O换流过程的影响
• 3.4 小结
• 第四章 五电平NPC/H桥变流器换流分析
• 4.1 NPC/H拓扑结构及IGCT开关状态
• 4.2 A相NPC/H桥1101（?）0101（?）0100换流过程分析
• 4.2.1 负载电流为正A相NPC/H桥1101（?）0101（?）0100换流过程分析
• 4.2.2 负载电流为负A相NPC/H桥1101（?）0101（?）0100换流过程分析
• 4.3 NPC/H桥1101（?）0101（?）0100换流过程的仿真验证
• 4.4 小结
• 第五章 NPC变流器IGCT串联均压的研究
• 5.1 辅助电路使串联IGCT均压的原理
• 5.1.1 静态均压电路
• 5.1.2 动态吸收均压电路
• 5.1.3 NPC变流器增加箝位电阻
• 5.1.4 动态吸收均压RCD电路与缓冲吸收电路合并的解决方案
• 5.1.5 ANPC变流器
• 5.2 箝位动态吸收均压电路
• 5.3 仿真验证箝位动态吸收均压电路
• 5.4 NPC动态吸收箝位均压电路及其仿真验证
• 5.5 小结
• 第六章 全文总结
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的研究成果及发表的学术论文
• 致谢