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《中国科学院研究生院(电工研究所)》 2005年 博士论文
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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

李海山  
【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。


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