论文部分内容阅读
随着工业的迅速发展和负载功率等级不断提升,如何提升中压传动系统的性能逐渐成为研究的热点。在各种中压变频器(Medium Voltage Drive,MVD)中,四象限级联H桥拓扑(Cascaded H-Bridge,CHB)具有模块化程度高、便于用低压开关器件实现和具备四象限运行的能力等优点,已经被各变频器生产厂商应用于成熟的系列产品中。但是仍需要对CHB-MVD进行性能优化以进一步推广其应用。本文以四象限CHB-MVD为研究对象,完成了如下工作:对四象限CHB-MVD功率单元中的三相PWM整流器和异步电机建立了旋转坐标系中的数学模型,并分别设计了对应的网侧电压矢量定向控制策略(Voltage Orientated Control,VOC)和转子磁链定向矢量控制策略(Rotor Flux Orientated Control,FOC)。对于给出额定参数的异步电机,设计并搭建了对应功率等级的CHB-MVD仿真系统,在该系统中基于前述控制策略实现了精确的转速调节和双向能量流动。针对传统控制下功率单元存在较大直流电压纹波的问题,基于单元功率分析得出纹波产生的根本原因是功率单元瞬时输入功率和输出功率不能完全匹配。对此本文提出三种直流电压纹波抑制策略:在功率单元三相端口注入特定电流的功率解耦前馈策略;在单相端口注入特定电压的谐波注入调制策略;以及同时采用两种策略的综合纹波抑制策略。额外注入的电压、电流分量会在单元直流侧产生反相波动功率,从而减小了直流侧波动功率,最终减小了直流电压纹波。仿真验证了提出的控制策略可行性并对不同策略的影响进行了比较。功率单元的PWM整流器通常采用双极性SPWM调制,在去掉输入侧LCL滤波器时网侧电流THD不满足并网标准。针对此问题,研究了双极性SPWM调制时桥臂电压和变压器一、二次侧电流的谐波分布;在此基础上采用了载波移相脉冲宽度调制(Carrier-Phase-Shifting Pulse-Width-Modulation,CPS-PWM)对原调制策略进行了优化。仿真结果表明,载波移相调制可以提高一次侧电流的等效开关频率,改善波形质量,为去除LCL滤波器提供了可能。本论文所进行的研究将有力促进级联H桥中压变频器的性能提升和广泛应用。