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随着电机调速系统容量的不断增大,如何提高与之配套的变流器功率等级成为当务之急。目前,三相逆变器的并联技术以其潜在的巨大市场需求及广泛的应用前景已经成为电力电子领域的研究热点。采用变流器并联、串联技术来提高整个系统的耐电流水平、耐电压水平进而提高整个系统的功率等级有许多优势:可以提高系统的可靠性以及效率;降低开关损耗并减小电流、电压的纹波;利于系统模块化设计,能够提高系统的灵活性。因此,针对电机调速系统的应用场合来研究串、并联变流器的运行技术有着重要的理论和现实意义。
本文以用于电机调速系统的三-相三电平逆变器串联以及并联变流器作为研究对象,首先介绍三电平逆变器工作原理和数学建模。随后,采用平均值等效电路法对双台并联三相逆变器进行建模。根据此模型分析了直流母线连接方式以及整流侧连接方式对共模环流的影响。
本文讨论了线路阻抗差异对差模环流产生的影响。针对实验中出现的差模谐波环流现象进行分析,发现直流母线波动、中点电位波动以及死区效应等非线性因素是产生差模谐波环流的主要原因,为此,首先分析了非理想因素对逆变器输出电压的影响,进而讨论其与差模谐波环流的关系。
针对用于电机调速系统的并联逆变器来说,需要为电机快速地提供电流的同时有效地抑制环流。本文在调研常用负载均流方法的基础上,结合电机电流的控制方法,提出适用于两台并联逆变器联合牵引直线同步电机的电流控制方法。为了更好地抑制非理想因素引起的谐波环流,本文在传统的PI调节器基础上,提出了新型的IPD电流控制器。仿真和实验表明该控制器能达到较好的环流抑制效果。
除了解决上述并联变流器均流控制策略问题,本文还针对通信延迟、数字延迟对控制性能的影响进行了分析。当采用改进的IPD电流控制器时,希望积分参数尽可能大以衰减谐波环流,但延迟环节的存在减小了系统的稳定域范围,影响了系统的控制性能。为此,本文建立了并联逆变器的数字控制系统数学模型,在此基础上,对控制器参数进行整定。最后,在两台并联7.5MVA的变流器上进行了牵引直线同步电机的实验验证。
此外,随着电机转速的升高,电机会产生较高的反电动势,这时需要逆变器提供较高的电压。本文对两台三相串联逆变器的运行特性进行分析,提出了串联结构下电机电流的控制策略,并对串联结构下的谐波抑制特性进行了分析,提出了适用于两重逆变器串联的新型五电平特定谐波消除调制算法。针对逆变器单脉波运行的工况下,将五电平SHE调制法结合开关角度轮换的方法进行了进一步改进。最后用仿真和实验进行了验证。