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基于输出电压循环调整的级联型逆变器功率均衡策略研究

孙健博  
【摘要】:随着工业生产中对功率需求的持续增加,多电平变换器已成为传统两电平变换器极具吸引力的替代方案。本文以级联H桥型(Cascaded H-Bridge,CHB)逆变器为研究对象,其具有高压大功率处理能力强、输出电压谐波含量小、电磁干扰小、易于模块化拓展、无需变压器等特点。传统的CHB型逆变器包含多个相同的H桥单元,各单元由隔离电源单独供电,此时需控制不同级联单元输出相等的平均功率,以实现总功率在不同单元间的均匀分配。功率不均衡一方面在电池组供电时,会造成各电池组的放电不一致,导致电池组电压偏离正常值,使逆变器输出波形质量恶化;另一方面在不控整流供电时,会给移相变压器的设计带来困难,不利于消除变压器输入电流中的低次谐波成分,尤其是在大功率场合,将使谐波含量难以满足国家标准。针对上述问题,本文提出两种基于输出电压循环调整的功率均衡策略,首先,在传统载波同相层叠调制策略的基础上,提出基本电压和基本功率的概念,揭示出“仅需控制级联单元按照一定次序输出所有相互独立的基本功率,即可在最短的时间内达到功率均衡效果”。然后,文中对两种所提策略进行了各自优化与对比研究,经二次优化后的策略在调制时所需载波数量和载波调整次数较少,此时逆变器输出电压谐波特性不仅较优,而且级联单元间功率的协调控制得以实现,从而消除谐波特性较差和功率不均衡时对逆变器的不利影响。此外,所提策略具有良好的拓展性,在满足所述载波分布限制条件时,n单元CHB型逆变器便可在n/2个输出周期内实现功率在单元间的均匀分配,文中以四单元为例进行了详细推导与分析。最后,搭建了CHB型逆变器的仿真平台,并设计了实验样机,经结果验证,本文所提新型功率均衡策略正确、可行,且易于推广。


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