中性点漂移技术在级联型高压变频器中的应用研究

论文摘要

随着电力电子技术和计算机技术的发展,具有良好性能的高压变频器越来越被广泛应用。高压变频器能解决大功率风机、水泵类负载的软启动问题、调速问题,同时带来显著的节能效果。级联型高压变频器因其低谐波含量、高功率因数和完美的输出波形,获得了广阔的市场应用和良好的发展空间。载波相移SPWM技术可以在较低的器件开关频率的基础上实现较高的等效开关频率,将其应用在级联型高压变频器可有效的提高变频器的输出性能。输出电压的性能与载波相移的角度θ有关。高压大功率系统一般要求很高的稳定性。特别是对于像能源、电力、石化、采矿等重要场合,系统出故障是不允许的。如果设备无故停机,将会造成巨大的人民生命财产损失。本文对级联型高压变频器做了深入的研究,重点研究载波相移SPWM技术和中性点漂移技术。全文主要内容有以下几个方面。(1)本文分析了180 /N和360 /N(N为功率单元级联数)两种相移方式的特点。通过理论分析和大量的MATLAB/Simulink下的仿真结果得到一些有用的结论。变频器的输出性能与功率单元级联数N有关,当N为奇数时,两种相移方式的输出性能相差不大;当N为偶数时,系统的等效开关频率、谐波分布和输出电压的电平数在两种相移方式下有区别。最后的结论是: 180 /N相移方式优于360 /N相移方式。(2)在前面对功率单元级联数目和谐波分布之间关系的基础上,本文提出了一种基于相同线电压谐波频带的中性点漂移技术。该方法通过对载波相移角度和频率调制比等参数的优化,实现了三个线电压的高次谐波频带保持一致。与常规的故障功率单元处理方法相比,该方法能增加输出线电压的幅值,同时能减少THD( Total Harmonic Distortion)。通过仿真验证了该方法的有效性。(3)文章最后给出了6kV/1600kVA变频器的实验波形。实验结果同样验证了前面理论分析的正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景和意义
• 1.2 高压变频器的现状
• 1.3 高压变频器的发展趋势
• 1.4 论文主要内容及工作
• 第2章 多电平变流器拓扑及工作原理
• 2.1 箝位型多电平变流器
• 2.1.1 二极管箝位型多电平变流器
• 2.1.2 电容箝位型多电平变流器
• 2.2 级联型多电平变流器
• 2.2.1 旁路开关柜
• 2.2.2 移相变压器
• 2.2.3 功率单元
• 2.3 谐波对电机的影响
• 第3章 基于载波相移角度的变频器谐波频带分析
• 3.1 高压变频器的调制策略
• 3.1.1 阶梯波脉宽调制
• 3.1.2 基于载波组的PWM 技术
• 3.1.3 多电平电压空间矢量调制
• 3.1.4 载波相移SPWM 技术
• 3.3 基于载波相移角度的变频器输出性能及谐波仿真
• 3.3.1 基于相移角度SPWM 技术的原理
• 3.3.2 仿真与分析
• 第4章 基于中性点漂移技术的变频器故障处理
• 4.1 功率单元故障处理技术
• 4.1.1 同级旁路技术
• 4.1.2 中性点漂移技术
• 4.2 基于相同线电压谐波频带的中性点漂移技术
• 4.2.1 中性点位置的确定
• 4.2.2 移相角度的确定
• 4.2.3 频率调制比的确定
• 4.2.4 仿真结果及分析
• 第5章 变频器控制系统结构及实验
• 5.1 控制系统原理
• 5.2 变频器的保护功能
• 5.3 功率单元旁路流程
• 5.4 实验结果
• 结论
• 参考文献
• 附录A 攻读学位期间发表的论文情况
• 附录B 攻读学位期间参与科研工作情况
• 致谢