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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

李建林  
【摘要】:随着大功率自关断器件和智能高速微控制芯片的不断发展,大功率电力电子变流装置受到了越来越深入的研究,在大容量电机驱动、交直流电力传输等场合的应用范围也越来越广泛了。在大功率电力电子变流装置的实现上,一个重要的问题就是大功率器件的工作频率较低,无法应用PWM技术等优秀的调制技术。载波相移正弦波脉宽调制技术(Carrier phase-shifted SPWM,以下简称CPS-SPWM)是为了解决该问题而提出的新技术。本文对CPS-SPWM技术在级联H桥型多电平变流器上的实现方法,以及该技术在有源电力滤波器的应用做了一些研究工作。 CPS-SPWM技术是多重化技术和SPWM技术的有机结合。该技术能够在较低的器件开关频率下实现较高等效开关频率的效果,通过低次谐波的相互抵消提高等效开关频率而不是简单地将谐波向高次推移,因而具有良好的谐波特性。 具有独立电源的级联H桥多电平变流器具有每个H桥单元结构相同、所用元件数少、易于实现电路的模块化设计和封装等一系列优点,因而在无功补偿和有源电力滤波器等领域有广泛的应用前景。本文提出了基于CPS-SPWM技术的级联H桥型多电平变流器,它是CPS-SPWM技术与级联H型变流器拓扑结构的结合,同时具备二者的优点,在大功率变流器领域具有很好的应用前景。 在并联有源电力滤波器系统中,由于直流侧不需要提供有功功率,级联型多电平变流器的优势可以得到充分的发挥;而载波相移PWM技术良好的谐波传输特性也可以得到良好的利用。因此,本文将二者结合起来,提出了基于载波相移PWM技术的级联型多电平变流器并联APF系统的电路拓扑结构,并在谐波及无功检测、交直流控制策略和系统参数设计等方面进行了系统的分析,在此基础上进行了仿真研究。仿真表明此系统动态响应速度快、补偿性能良好,从而验证了理论分析的正确性和实验系统的可行性。 本文提出了一种利用TMS320LF2407DSP来实现不对称规则采样法的方法,与常规的平均对称规则采样法相比,数据量只增加了一倍,变流器输出波形的谐波含量却能大大减小。并将不对称规则采样法和载波相移技术有机得结合在一起,在单相级联H桥五电平变流器上进行了实验验证。实验结果表明:所得到的实验波形与自然采样法所得仿真波形的谐波特性很相近。 多电平变流器的开关器件数目远大于常规的桥式PWM变流器,而常用的微控制芯片难以提供足够的PWM触发脉冲。适用于多电平变流器的多路PWM发


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