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《华中科技大学》 2004年
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混合多电平逆变器拓扑及其市制方法研究

丁凯  
【摘要】:近年来,在高压大功率应用领域多电平功率变换技术得到了广泛的关注,成为电力 电子领域中学者研究的热点。大量新型的电路拓扑和相应调制策略的产生,使多电平技 术得到了飞速的发展。本文在对传统多电平逆变器拓扑进行分析的基础上,重点对混合 多电平逆变器拓扑及其相关调制方法进行研究。 本文对多电平逆变器的主电路拓扑结构如二极管钳位多电平逆变器、飞跃电容多电 平逆变器、级联多电平逆变器以及广义多电平逆变器等进行概述。并对常见的几种多电 平调制方法如多电平消谐波 PWM 方法、空间矢量方法、优化阶梯波宽度法、相移 SPWM 方法进行了分析综述。 本文首次对混合多电平拓扑及混合调制方法的概念进行了定义。对定义范围内的一 些混合拓扑结构的发展情况进行了描述,研究了不同混合拓扑及相关调制方法,并对这 些多电平拓扑存在的一些相关问题进行了分析。 在单相二极管钳位 5 电平逆变器的基础上,本文分析研究了基于单相二极管钳位 5 电平逆变器的一种级联型拓扑结构,这种拓扑结构的思想是将多个单相二极管钳位 5 电 平逆变单元串接起来,其输出的电压是通过合成每个二极管钳位逆变器的输出电压而形 成的。在这种拓扑结构中由于每个功率单元采用的是二极管钳位 5 电平逆变器,那么在 输出相同等级电压时所需的功率单元个数比传统级联型要少很多。 首次提出了一种新型的混合二极管钳位级联多电平逆变器。本文在对传统的级联多 电平,传统混合级联多电平以及二级管钳位级联逆变器研究的基础上提出了一种新型混 合二极管钳位级联多电平逆变器。新型逆变器是将具有不同直流母线电压的多个二极管 钳位多电平逆变器进行级联,输出电压是将这些逆变器的输出电压进行相加而合成的。 根据新型逆变器的特点,提出了一种适用于此拓扑的新型混合调制策略。本文对两单元 混合级联的具体示例进行了详细分析,并说明这种新型的拓扑不存在高压模块输出过多 基波电压的情况。文中将拓扑结构中混合级联的模块个数推广到了 N,并进行了讨论。 为了进一步简化单相二极管钳位多电平拓扑,本文对一种新型单相不对称 5 电平逆 变器进行了研究,这种新型逆变器是通过将半桥二极管钳位逆变器和传统两电平半桥逆 变器共享同一直流母线而获得的。针对这种新型的拓扑结构,本文分析了一种方波合成 与单极性三角载波 PWM 技术相结合的调制方法,在这种调制方法下,新型逆变器允许 开关速度较快的器件和耐压值较高的器件工作在一起。文中将这种逆变器与其它五种单 相 5 电平逆变器进行了分析比较,并对新型的单相 5 电平不对称逆变电路进行了实验验 证。 首次提出了一种新型混合不对称级联型逆变器。本文根据单相不对称 5 电平逆变器 I WP=6 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 可以用较少的器件输出较多电平的特点,研究了将单相不对称 5 电平逆变器与传统全桥 逆变器进行级联、多个单相不对称 5 电平逆变器自身进行级联的一些新型混合不对称级 联型拓扑。并针对此类拓扑结构的特点,分别提出了两种新型的混合不对称调制方法。 文中对新型拓扑进行了实验验证。 在对本文提出的多种混合调制方法进行归纳总结的基础上,首次提出了适用于多电 平逆变器的新型混合调制技术及其分析方法。这种新型混合调制技术是以传统级联型逆 变器为研究基础,适用于级联型或者其它一些类型的多电平逆变器。新型混合调制技术 的基本思想是在级联多电平逆变器中用最少或者较少的单元来输出高频 PWM 波形,其 余单元输出低频阶梯波,从而使逆变器的合成输出电压达到全 PWM 调制。本文首次利 用幅值条件和电平条件对这种新型调制策略进行了理论分析和推导,并以文中所研究的 内容为实例进行分析,给出了应用这种调制技术的一般方法和设计步骤。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TM464

【引证文献】
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【参考文献】
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【共引文献】
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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【同被引文献】
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7 黄女瑛 DigiTimes;PCB CAP来势汹汹 高压MLCC厂不惧[N];电子资讯时报;2006年
8 佟晓天;突破性新型节电产品——用抑制谐波数据软件实现的数字式逆变器[N];大众科技报;2007年
9 记者 陈其珏 编辑 王晓;光伏逆变器企业搭上复苏快车订单排到明年4月[N];上海证券报;2009年
10 成都 青化 编译;通用充电电源的制作[N];电子报;2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 丁凯;混合多电平逆变器拓扑及其市制方法研究[D];华中科技大学;2004年
2 单庆晓;级联型逆变器关键技术研究[D];国防科学技术大学;2003年
3 胡磊;功率变换器的分布式控制和结构研究[D];浙江大学;2005年
4 华明;三相逆变器冗余并联运行关键技术及应用研究[D];南京航空航天大学;2011年
5 郑宏;中压静止无功发生器系统研究[D];江苏大学;2011年
6 袁立强;基于IGCT的多电平变换器若干关键问题研究[D];清华大学;2004年
7 杨晓萍;配电网静止同步补偿器不平衡控制策略研究及系统设计[D];西安理工大学;2009年
8 庄凯;输入串联输出并联逆变器系统控制策略的研究[D];南京航空航天大学;2008年
9 熊宇;电流型多电平变流器拓扑和控制策略的研究[D];浙江大学;2005年
10 李建林;载波相移级联H桥型多电平变流器及其在有源电力滤波器中的应用研究[D];浙江大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杜朝辉;级联型多电平逆变器的优化设计[D];华北电力大学(北京);2006年
2 李利娟;基于空间矢量调制的多电平矩阵变换器研究[D];湘潭大学;2007年
3 刘宝宏;STATCOM拓扑结构及其阻尼作用的仿真研究[D];华北电力大学(北京);2003年
4 彭国庆;多电平逆变器直接转矩控制系统研究[D];湖南大学;2004年
5 周利伟;基于SPWM的新型不对称多电平逆变器的研究[D];上海海事大学;2007年
6 李登莹;静止坐标系下四桥臂逆变器3-D SVM调制方法研究[D];燕山大学;2006年
7 张卫华;级联多电平动态电压调节器(DVR)系统设计与仿真研究[D];华北电力大学(北京);2005年
8 李明;多电平光伏逆变器的并网控制策略研究[D];上海交通大学;2012年
9 潘星;多电平逆变器软开关技术的研究及有源滤波控制器的研制[D];武汉大学;2004年
10 鲁志平;单元级联型多电平功率变换技术研究[D];华北电力大学(河北);2004年
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