三相三电平T型并网逆变器调制及无电解电容控制方法研究

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三电平T型拓扑结构,对比二极管箝位拓扑(I型拓扑)因每相少了2个开关二极管,具有功率器件少、开关损耗均匀等优势,使其在高压大功率场合得到了广泛的应用。目前,在三相三线制和三相四线制接法的配电网系统中,并网逆变器采用了不同的调制方法。同时,为了抑制功率波动,传统两级式三电平并网逆变器直流母线一般采用容值较大的电解电容。但是电解电容存在使用时间短和耐压低等缺点,难以满足并网逆变器稳定性要求高和使用时间长的实际需求。因此,本文对三相三线制与三相四线制两种不同接线方式下三电平T型并网逆变器的调制和无电解电容控制方法展开研究。主要研究内容如下:首先介绍了课题的国内外研究现状。分析了三相三线制和三相四线制下三电平T型并网逆变器拓扑的工作原理,建立两种接线方式的数学模型。其次,针对传统三相三线制的三电平空间矢量脉宽调制方法不直接适用于三相四线制应用场合,提出了一种适用于三相四线制下基于abc坐标下改进的空间矢量调制方法,便于数字实施。同时,为了满足三相三线制和三相四线制应用场合的实际需要,提出了一种适用于两种接线方式下统一的载波调制方法。该方法将调制波进行分解,与三角载波进行比较,且仅通过判断进网电流方向和直流侧母线电容电压的大小,注入偏移电压后,实现对直流侧电容的平衡控制,避免了大量的扇区判断和三角公式计算。所提载波调制方法的控制结构采用电压电流双闭环控制,电流内环采用abc坐标系下准比例谐振控制方法,实现对并网电流的无静差跟踪。然后,对两级式并网逆变器直流母线无电解电容控制方法展开研究,提出了一种基于功率前馈的控制方法,减小了由于功率突变导致直流母线电容电压波动。因此可采用寿命长容值小的金属膜电容替代寿命短容值大的电解电容,提高了并网逆变器的使用寿命。同时,对系统的稳定性进行了详细分析。最后,搭建了额定功率为20k W的实验样机平台,对本文所提的空间矢量调制、统一载波调制、闭环控制和无电解电容控制方法的可实行性进行了实验验证。
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