论文题目: 基于IGCT的中压大容量三电平NPC逆变器PWM技术和缓冲电路的研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 电力电子与电力传动
作者: 李海山
导师: 李耀华
关键词: 三电平逆变器,最小脉宽,死区补偿,方波调制,缓冲电路
文献来源: 中国科学院研究生院（电工研究所）
发表年度: 2005
论文摘要: 将新型大容量开关器件、高性能的控制策略和多电平拓扑结构结合起来,是当前实现大容量电力电子变换的有效途径和发展方向。本论文以基于IGCT的三电平NPC逆变器为研究对象,重点对中压大容量三电平逆变器的PWM调制方法、最小脉宽和死区补偿、方波调制、IGCT的仿真模型和缓冲电路等方面进行系统而深入的研究。 本文详细地对SPWM调制方法和SVPWM调制方法进行了分析和比较,指出SVPWM是较适合三电平NPC逆变器的;还对这种调制方法提出了矢量优化策略,使优化后的空间电压矢量在每个PWM周期的开关状态变化次数最少,这样能够降低开关器件的工作频率,减少器件的开关损耗和延长器件的使用寿命。该调制方法成功应用在所研制的10MVA的IGCT变流器和50KVA的IGBT变流器上。 逆变器工作在低调制系数时,其输出性能受到最小脉宽和死区效应的影响,为了改善其输出性能,本文提出了一种三电平NPC逆变器最小脉宽的处理方案,它可以在调制系数较低时仍能够输出有效的PWM脉冲,提高了逆变器在低调制系数时的性能;还提出了一种三电平NPC逆变器的死区补偿方法,它不仅可以抑制死区的影响,而且还能够消除输出电压的偏离,改善逆变器的输出特性。 由于非对称性IGCT器件的最大开关频率仅为1kHz,为了使基于IGCT三电平NPC逆变器具有较高的输出频率,本文提出了一种三电平NPC逆变器的方波调制方法,该调制方法使方波在一个基波周期内有12个可控制自由度,可以改善逆变器在方波工作状态时的控制性能,并分析了方波调制下逆变器输出电压的谐波状况,计算出了谐波最小的工作区域.所提出的这种方法在50KVA的IGBT变流器得到了成功应用。 电力电子器件是构成电力电子变换器的基础,本文提出了一种适合电路仿真的IGCT器件模型,该模型主要根据IGCT的外特性建立的。运用所建立的仿真模型分析了线路参数变化对IGCT器件开关特性的影响。仿真和实验结果验证了所建模型的正确性。 依据所建立的IGCT仿真模型,分析和设计了基于IGCT的10MVA三电平NPC逆变器的缓冲电路,并通过实验进行了验证,同时给出了IGCT逆变器的设计原则;还提出了一种适合基于IGCT三电平NPC逆变器的能量可恢复缓冲电路,这种缓冲电路能够把所储存的能量完全反馈到直流侧,从而提高了逆变器的效率。
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 基于IGCT变流器研究的目的和意义
1.2 多电平变流器的发展现状
1.3 PWM技术研究现状
1.4 缓冲电路研究现状
1.5 基于IGCT的三电平NPC逆变器存在的问题
1.6 本文的主要工作
第二章 中压大容量三电平NPC逆变器的PWM调制方法
2.1 三电平逆变器的工作原理
2.2 三电平逆变器的SPWM调制方法
2.3 三电平逆变器的SVPWM调制方法
2.3.1 三电平逆变器空间电压矢量
2.3.2 SVPWM调制方法中扇区和区域的划分
2.3.3 空间电压矢量中矢量持续时间的计算
2.3.4 SPWM和SVPWM的比较
2.4 SVPWM调制方法中矢量的优化
2.5 小结
第三章 SVPWM调制方法的最小脉宽处理和死区补偿
3.1 最小脉宽的处理
3.1.1 低调制系数时最小脉宽的处理
3.1.2 高调制系数时最小脉宽的处理
3.2 三电平NPC逆变器中死区对输出电压的影响
3.2.1 输出电压的偏移
3.2.2 输出电压的有效值的改变
3.3 三电平NPC逆变器的死区补偿
3.4 死区补偿的仿真和实验
3.5 小结
第四章 三电平NPC逆变器的方波调制方法
4.1 引言
4.2 三电平NPC逆变器方波调制的原理
4.3 SVPWM和SWM调制方法之间的转换
4.4 方波调制方式下的谐波分析
4.5 三电平NPC逆变器方波调制的实验
4.6 小结
第五章 IGCT器件的特性与建摸
5.1 IGCT的结构及其特点
5.2 GCT的工作原理
5.3 IGCT的特性和参数
5.4 PSIM仿真软件及IGCT仿真模型的选取
5.5 PSIM下IGCT器件的仿真模型
5.6 IGCT模型的仿真和实验
5.7 小结
第六章 基于IGCT的三电平NPC逆变器的缓冲电路
6.1 PSIM仿真工具下电路的仿真和辅助设计
6.2 常规三电平NPC逆变器的缓冲电路
6.3 基于IGCT的10MVA三电平NPC逆变器缓冲电路的设计
6.4 10MVA三电平NPC逆变器的仿真和实验
6.5 线路参数对IGCT关断过程的影响和逆变器设计的原则
6.6 能量可恢复缓冲电路的结构及其在PSIM仿真工具下的仿真模型
6.7 PSIM仿真工具下能量可恢复缓冲电路的工作原理
6.8 常规缓冲电路与能量可恢复缓冲电路的比较
6.9 小结
结论
参考文献
个人简历、在学期间发表的论文及科研成果
致谢
论文答辩说明
发布时间: 2005-08-23
参考文献
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