论文部分内容阅读
模块化多电平拓扑是本世纪初诞生的一种新型多电平拓扑，因其不需要体积庞大的输入变压器、直接模块化级联、输出多电平且能够组成背靠背结构实现四象限运行等诸多优点，得到了广泛的研究和应用。然而由于受到模块电容电压低频波动等问题的桎梏，目前为止，模块化多电平拓扑在变频调速领域还没有得到应用，本文以此为研究对象，开展了深入的分析和研究，主要内容包括: 建立了模块化多电平逆变器的数学模型，推导了桥臂电流、模块电容电压、输出电压的解析表达式，并对其频率成分及变化规律进行了深入分析。指出，逆变器桥臂共模电流主要含偶次、低次谐波;模块电容电压波动与逆变器运行频率成反比;模块电容电压波动将使得逆变器输出电压的实际值偏离给定值，偏离值与模块电容电压波动幅值成正比，与输出电压调制度成反比。 分析了模块化多电平逆变器低频运行时存在的问题，指出逆变器运行在低频状态时模块电容电压波动较大，影响逆变器的安全运行;采用传统调制算法时，模块电容电压波动将对输出电压造成影响，严重损害逆变器的输出性能。提出了一种模块电容电压波动抑制方法，同时在桥臂电流共模分量与输出电压共模分量中加入高频分量;提出了实际值调制算法，消除了模块电容电压波动对输出电压的影响。在此基础上提出了一种模块化多电平逆变器低频运行控制策略，并对其运行特性进行了分析。 针对实际值调制算法不具备上、下桥臂模块电容电压自平衡能力的问题，提出了模块化多电平逆变器基频电流注入及三倍频电流注入两种高频控制方法。针对宽频率调速系统，研究了各种控制方法间的切换频率与切换方法。在此基础上提出了一种模块化多电平逆变器宽频率范围运行的控制策略，并对其运行特性进行了分析。 本文所提出的所有控制策略均在10 kV模块化多电平逆变器工程样机上得到了验证，驱动3.25 MW异步电机完成了满功率实验。实验结果表明，逆变器在宽频率范围内运行稳定，调速系统动态与稳态性能良好。