孙洪斌[1]2004年在《高压大容量H桥串联型变频器的研究》文中研究表明我国是能源生产和消费的大国，但是长期以来一直都存在着严重的能源浪费的问题。据统计，我国风机、水泵年耗电量占全国发电量的约40％。理论分析和实际应用都表明，如果采用调速技术，至少可节约20％以上的电能，有些情况下甚至可节电70％。本文以太钢某厂额定功率2240KW，额定电压6300V注水泵电机变频调速科研工程为背景，从理论分析、计算机仿真和装置实验几方面入手，对高电压大容量串联H桥多电平变频器的理论和工程应用技术进行较深入研究。 串联H桥多电平变频器的主回路从结构上可分为叁相电容滤波不可控整流电路和单相电压型全桥逆变电路。对于整流电路，由于采用变压器移相多重化整流，在理论上可以实现曲折变压器一次绕组中低于6M±1次谐波电流相互抵消(M为串联单元个数)；对于逆变电路，由于采用移相PWM控制方式，等效开关频率提高M倍，因此输出电压接近正弦波，谐波含量较小。 串联H桥多电平变频器具有输出电压高、功率大，输入侧和输出侧谐波含量小，输入功率因数高等特点。另外，采用模块化设计，易于提高电压、处理故障，维护也比较简单。还有，变频器对电机无特殊要求，适于普通电机，有利于旧系统改造。 本文综述了高电压大容量变频器技术的发展现状，给出了串联H桥多电平变频器的主回路的拓扑结构和工作原理。重点分析了变压器曲折接法和移相多重化整流对网侧谐波的影响及移相PWM控制方式对减少输出侧谐波的作用，并给出理论计算结果和计算机仿真波形。本文最后给出了系统的工程设计参数和实验波形。从实验结果来看，实际结果与理论分析是一致的。目前该装置已在太钢试运行。
柳毅[2]2008年在《BTB单元串联结构变频器的研究》文中提出作为高压大功率电能转换装置,单元串联多电平结构的变频器在我国得到了广泛的应用。同时,它也暴露出很多应用上的缺点,例如控制精度不高,不能够四象限运行等等,所以在有这些方面需求的工业场合无法应用。随着市场竞争的白热化,对于成本控制的要求也更加苛刻。在该结构高压变频器中最为昂贵的部件是移相变压器,占到整个装置近一半的成本,而且体积大、沉重、运行时发热量高,如果能够去掉这个部件对于工业应用是很有意义的。本文首先分析了几种常用的大功率变频器的拓扑结构,在此基础上给出了本文所要分析的变频装置的拓扑——BTB(back to back)的单元串联多电平结构。该结构无输入侧的移相变压器,并可以四象限运行。由于是背靠背结构,所以每一侧既有整流运行状态也有逆变运行状态。在文章中将对该结构变频器整流与逆变两种工况分别给出控制方法。整流部分首先分析移相变压器在CHML结构中的作用,然后讨论以单元直接串联可控整流代替移相变压器二极管不控整流的控制方法,使用计算机对两单元串联整流做出仿真。逆变侧首先描述单个单元的控制算法,采用了一种载波频率微调的方法,达到尽量减小谐波的目的。同时对单桥双桥控制方式进行比较分析并给出死区补偿策略,这样构成一个完整的单元控制算法。然后从单元串联整体输出的角度考虑,在逆变控制中使用波形连续变换(CWM——continous waveform modulation)技术,对于CWM的动态过程使用MATLAB编写M文件演示。控制思想确立后使用TI公司芯片TMS320F2812实现。TI公司提供了电机控制函数库(DMC——digital motor control),方便了模块化程序设计。而MATLAB提供了与CCS的接口,可以通过由MATLAB建立的图形化文件转换成为控制代码。文中使用MATLAB做出用于代码转换的模型文件,给出其仿真结果以及生成的代码在实验平台上实际得到的波形。
陈灵奎[3]2010年在《级联型中高压变流器的研究与设计》文中提出传统大功率变流器由于体积大、性能差以及对电网产生较多的谐波等原因,其应用领域越来越多地受到限制。多电平技术的迅速发展,成为中高压大功率方面的研究热点。其中,级联型拓扑结构由于其独特的结构和显着的优点,而受到广泛的关注与应用。因此,对级联型中高压变流系统的研究有着重要的理论意义和实际意义。本文首先简要分析了中高压变流器的几种典型拓扑结构,根据级联型拓扑结构的优越性,选择课题的变流器为容量1200KVA/6KV的级联型9电平拓扑结构。采用移相多重化整流技术,分析了24脉波整流器可以消除网侧谐波电流,减少总谐波畸变率THD(Total Harmonic Distortion)的原理。重点研究了多电平逆变电路及其PWM(Pulse Width Modulation)技术,分析了级联型9电平逆变器的工作原理。对比几种适用于级联型逆变器的PWM技术基础上,提出了CO-SFO-PWM技术,它将载波交迭式PWM技术与开关频率优化PWM技术相结合,通过控制载波交迭量这个自由度,使得输出波形达到最优控制。另外,本文针对变流器的容量为1200KVA/6KV,对整流二极管、滤波电容、IGBT等器件也作了定量的分析与计算,使其达到预期的设计目标。本文最后通过MATLAB/SIMULINK仿真技术,搭建了1200KVA/6KV变流器系统。多脉波整流器采用24脉波整流技术,通过仿真和实验样机的调试,验证了采用移相多重化整流技术可以提高功率因数,减少网侧谐波电流的THD。通过对比新型CO-SFO-PWM技术和SHPWM技术用于级联型9电平逆变器的仿真分析,证明了该新型的PWM技术在低调制度下可以明显改善输出波形,而在高调制度下,其输出波形的THD较低,并且提高了直流侧电压利用率。
刘森林[4]2007年在《级联多电平变频器的控制策略及实现方法》文中提出能源短缺和环境污染是人类当前面临的共同的世纪性难题，在新能源尚未开发的情况下，节能就显得至关重要。开发高压多电平变频节能装置并推广使用，对降低我国的工业能耗有重大意义。高压变频器的产业化始于80年代中期，随着大功率电力电子器件制造技术的迅速发展，高压变频器的产品正向着高可靠、低成本、高输入功率因数、高效率、低输入输出谐波、低共模电压以及低dv/dt等方向发展。级联多电平变频器具有电网谐波污染小，输入功率因数高，输出波形好等优点，在高压电机节能调速领域具有无与伦比的优势。因此，本文以级联多电平变频器拓扑结构为研究对象，主要进行了以下工作：(1)比较分析了多电平逆变器典型拓扑结构的原理和优缺点，建立了级联多电平变频器的数学模型，给出了选择叁单元串联的级联多电平逆变器作为研究对象的原因。(2)比较分析了多电平逆变器的载波调制方法与空间电压矢量调制方法，详细的介绍了它们的分类、控制原理，揭示了两者之间的本质联系，指出了本设计采用载波移相的控制策略的原因，最后给出了叁单元串联的级联多电平变频器在载波移相的控制策略下输出电压的仿真波形。(3)在前面理论分析的基础上，首先，设计了叁个功率单元串联的级联多电平变频器的主电路、控制电路和数据采集电路。逆变主电路以智能功率模块IPM为核心，控制系统以数字信号处理器DSP和复杂可编程逻辑器件CPLD为核心。然后，详细阐述了控制系统实现的功能和软件设计过程。最后，在设计的级联多电平变频器实验台上，对载波移相调制方法进行了实验，实验结果验证了主电路设计的正确性和控制系统设计的可行性。
万江[5]2008年在《高压变频器拓扑结构和调制策略的仿真研究》文中提出随着中、高压大容量变频调速器的大量应用,多电平逆变器已经成为当前电力电子技术中倍受关注的研究热点。相应的逆变技术的研究也由日渐成熟的高频软开关技术转向了低频多电平变换技术的研究。这是因为前者以追求高频化和降低开关应力,以及改善输出波形为目标,只适用于中、小容量的逆变器,而对于中、高压大容量的逆变器,通常采用级联型结构。这种电路扩展了逆变器的电压等级,但为了有效减小高次谐波却使电路结构复杂化,控制难度加大。所以,如何对主电路结构进行改进,实现多电平基频化,则是低频多电平变换技术研究的重点。论文首先在对目前已提出的级联型多电平逆变电路结构进行深入分析的基础上,明确了本文所研究的逆变电路结构为级联型逆变器。然后,对各种多电平PWM控制方法进行了深入研究,并结合载波垂直分布PWM调制方法和载波移相PWM调制方法提出了混合PWM调制方法。通过MATLAB仿真计算,证明了在混合多载波PWM方法调制下的逆变电路具有输出的波形更好且总的谐波畸变率相对最小等优点。在分析了目前多电平PWM控制方式之后,针对国内多电平PWM控制方式的研究现状,本文提出一种使用一个载波信号和多个调制信号的规则对称采样PWM方法。同时对各种调制方法的仿真波形进行了离散傅立叶分析,得到相应的频谱特性,通过分析比较,进而总结出级联多电平各种PWM调制方法输出电压波形谐波的一般规律和各自的特点。并对在基于单载波调制PWM调制方式下带动电动机负载进行启动、运行的仿真,研究单载波PWM调制方式下电动机负载启动过程和工频、变频情况下的运行特性。通过仿真可以得出,在单载波PWM控制方式下,变频器的输出电压、电流谐波含量和电动机转矩脉动都很小,充分显示了单元级联高压变频器的优越性能。
孙建明[6]2007年在《基于错位移相SPWM控制的高压变频器的研究》文中进行了进一步梳理单元串联高压变频器其是目前电力电子领域研究的热点之一,它具有以下优点:输入侧对电网污染小;输出电压接近正弦波,不需要输出滤波器;结构简单,易模块化;控制方法简单等等,这些优点使得单元串联高压变频器在电力拖动领域尤其是在风机、水泵等调速性能要求不高的场合应用前景广阔。本文选择单元串联型拓扑结构作为高压变频器的基本结构,进行了细致的研究。具体来说,本文的具体工作如下:分析了载波水平移相SPWM调制方法的原理及其对谐波抑制的显着特点,指出了这种载波移相SPWM方法应用于单元串联多电平结构的优越性。在分析比较了高压变频器的几种主电路拓扑结构的优缺点后,结合实际情况,确定了本系统的设计方案采用单元串联作为多电平高压变频器的拓扑结构。并针对单元串联多电平变频器,详细分析了其工作原理。根据载波移相SPWM调制算法,进行了基本的系统设计,包括移相变压器,功率单元以及控制器的设计。功率单元级联型高压变频器采用多个功率单元级联来形成高压输出,而每个功率单元采用错位移相式SPWM脉冲进行控制。为了实时产生多路SPWM脉冲对多个功率单元进行控制,采用逻辑器件“现场可编程逻辑器件-FPGA”来完成多路实时SPWM脉冲的产生。在实验平台上完成了硬件调试,成功实现了变频器错位移相SPWM多电平电压的输出,初步达到了预期的设计目标。为基于单元串联多电平逆变器的变频调速系统下一步的调制算法、控制策略的研究打下了坚实的基础。
姜奕晖[7]2013年在《基于叁电平拓扑电路的五电平变频器控制系统及其应用研究》文中认为随着现代电力工业的快速发展，电力系统调频和负荷峰谷差问题日益突显。抽水蓄能电站因其能承担削峰填谷、调相调频的功能而成为经济有效的电力系统调节手段。抽水蓄能电站使用的同步发电电动机单机容量很大（常可达数百兆瓦），在水泵工况下直接起动困难，且会对电网产生巨大冲击。借助电力电子装置实现变频起动是减轻电网影响的有效途径。本文以大型同步发电电动机的高压大容量变频起动控制技术为研究内容，主要完成如下工作。从抽水蓄能电站机组起动系统出发，分析同步发电电动机系统的数学模型。基于高压变频调速技术的研究现状，详细介绍基于叁电平拓扑的五电平变频器电路构成，研究其工作原理。五电平变频器装置因结构简单、运行可靠、开关频率低、谐波含量少而适用于大型同步发电电动机的起动。从原理上研究了五电平变频器的电压空间矢量调制策略的基本原理以及矢量序列的选取方法。在五电平七段式调制算法的基础上加以改进，设计一种新的叁段式调制算法，一方面解决传统算法灵活性和适用性欠缺的问题，另一方面有效减少了因功率开关切换引起的开关损耗。使用MATLAB/Simulink软件平台搭建五电平变频器电路模型，仿真结果表明电路结构和调制算法的正确性，改进算法能够改善谐波畸变。分析大型同步发电电动机变频起动系统的矢量调速控制方法，对比分析按照不同磁链定向的磁链模型，选择功率因数高、变压器和变频器容量小的气隙磁链定向矢量控制方法，实现磁链和力矩的解耦控制。根据同步发电电动机按照气隙磁链定向的矢量控制原理，剖析电压前馈解耦控制和气隙磁链观测器的特点。使用MATLAB/Simulink软件平台搭建同步发电电动机起动控制系统模型，仿真结果表明调速控制策略的有效性。设计并搭建一套同步发电电动机变频起动实验装置。完成硬件设计和软件开发，在控制板底层测试和主电路测试的基础上，对实验系统进行起动、空载和开环带载调试，测试结果验证调制方法的正确性和起动系统的可靠性。
李建林[8]2011年在《现代大功率变频器拓扑结构最新进展分析》文中研究表明随着大功率自关断器件和高速微控制芯片的不断发展,大功率电力电子装置的应用越来越广泛,传统的多重化结构由于受到变压器或电抗器尺寸、效率、价格及可靠性的限制,在功率等级提升的问题上遇到了极大的困难。多电平变流器的出现为解决这一问题提供了机会。在大功率电力电子装置中的另一个重要的问题就是大功率器件的工作频率较低,难以应用PWM等优秀的调制技术。载波相移SPWM技术(CPS-SPWM技术)就是解决这一问题的一种很好的方案。本文从理论和实验两方面研究了多电平变流器及CPS-SPWM控制策略在风力发电中的应用。但大功率开关器件所允许的开关频率低,难以将PWM技术应用于传统大容量变频器以达到改善其性能的目的。因此,人们力图通过对大功率变频器的电路拓扑和控制策略两方面进行研究以提高电力电子变流装置容量的同时改善其性能。一个好的电路拓扑再配合优秀的控制策略往往能提高大功率变频器系统的性价比。因此,研究大功率变频器的拓扑结构及控制技术具有一定的理论价值和实用意义。
李倩[9]2012年在《完美无谐波高压变频器的研究与设计》文中研究表明随着我国经济的迅速发展,在许多领域内都在使用着大功率的变频器及交流传动系统。随着大功率的电力电子器件越来越向着模块化、集成化、高电压、大电流、高频率等方面技术的发展,及我国对节能环保要求力度的逐渐加大,高压大功率变频调速装置也不断地成熟起来,也应用到越来越广的范围。目前,由于H桥串联多电平输入电流谐波低、输入功率因素高、输出电压谐波含量低、dv/dt小、转矩脉动小等,因此,多电平的拓扑结构逐步的变成了高压变频器的研究热点,并且在很多行业也得到了广泛的应用。本课题所研究的完美无谐波高压变频器,也是以单元H桥串联的多电平拓扑结构为基础,通过对理论的研究,主要完成了对整个高压变频器的各组成部分及功能进行了详细的阐述和设计,实现由双DSP组成的主控制器的软件及硬件设计,能够完成对SPWM波进行实时控制及变频器的调速控制,从而使变频器调速系统安全,稳定的运行。本文对大功率变频调速系统所使用的高压变频器机进行了研究,分析了高压变频器的发展和现状,比较介绍了几种多电平主电路的拓扑结构及其特点,得出了使用单元串联H桥多电平的拓扑结构,其输出波形较接近正弦波,且容易数字化控制,能够满足中高压变频调速系统的要求。利用MATLAB/simulink仿真软件对常用的调制技术如阶梯波调制法、载波是垂直移相法和载波水平移相法进行了分析仿真比较。分别对高压变频器的各个组成部分：变压器柜、功率柜、旁路柜、控制柜的组成和功能进行了详细的介绍和设计实现。对主要由监控DSP和控制DSP组成的控制柜的软件和硬件,进行了芯片的选型分析及介绍了整体硬件电路实现及软件功能的分析和设计,硬件包括双DSP的外围电路、光纤电路、D/A转换电路、系统通信部分的电路等,软件包括主控DSP功能的设计、功率单元模块设计、监控DSP与监视屏之间的通信实现等。最后,将设计的完美无谐波高压变频器进行了试验,给出了试验所得到的输出波形并针对所设计的高压变频器进行了节能分析。
彭博[10]2014年在《发电厂凝泵高压变频调速系统的研究》文中研究表明凝结水泵作为发电厂重要的辅机,其传统的控制方案存在着耗能大、流量调控性差等问题。而发电厂中带动凝结水泵的都为高压电机,因而对高压电机的调速控制是解决凝结水泵运行问题的关键。本文以带动凝结水泵的6kV高压电动机为研究对象,提出了采用高压变频的方式对其进行调速。论文分析了凝结水泵的实际运行工况和调速要求,进而在充分比较现阶段几种典型高压变频器拓扑结构的特点后,选择基于单元串联型高压变频器组成调速系统。按照凝泵调速系统的要求,设计了单元串联型高压变频器的主电路,且通过研究功率单元快速旁路功能来加强高压变频器运行的稳定性。调速策略采用矢量控制技术,研究了磁链观测环节、无速度传感器转速辨识环节等关键部分。针对高压变频器中功率单元串联的特性提出了载波移相SPWM的控制方案。利用MATLAB对整个矢量控制系统进行仿真从而验证控制策略的可行性。高压变频器的控制部分采用了软硬件分开设计的方案,硬件设计主要是进行总体控制框架的搭建,同时完成主控DSP芯片、FPGA芯片以及PLC的选型设计以及其他重要电路的设计；而在软件设计中则主要针对DSP和FPGA两款芯片,分别完成DSP的主程序及各项子程序的设计,以及FPGA的载波移相SPWM生成程序的设计。最后,结合高压变频器在现场运行中的实测数据,分析对于凝结水泵采用高压变频调速的节能效果和运行优势。总的来说,将单元串联型高压变频器应用在发电厂凝结水泵的调速上,既能大大的节约电能,又能有效地改善高压电机的调速性能,从经济和效用的角度来看,此系统具有推广的价值。
参考文献：
[1]. 高压大容量H桥串联型变频器的研究[D]. 孙洪斌. 西安建筑科技大学. 2004
[2]. BTB单元串联结构变频器的研究[D]. 柳毅. 上海发电设备成套设计研究院. 2008
[3]. 级联型中高压变流器的研究与设计[D]. 陈灵奎. 江苏大学. 2010
[4]. 级联多电平变频器的控制策略及实现方法[D]. 刘森林. 西南交通大学. 2007
[5]. 高压变频器拓扑结构和调制策略的仿真研究[D]. 万江. 重庆大学. 2008
[6]. 基于错位移相SPWM控制的高压变频器的研究[D]. 孙建明. 湖南大学. 2007
[7]. 基于叁电平拓扑电路的五电平变频器控制系统及其应用研究[D]. 姜奕晖. 上海交通大学. 2013
[8]. 现代大功率变频器拓扑结构最新进展分析[J]. 李建林. 变频器世界. 2011
[9]. 完美无谐波高压变频器的研究与设计[D]. 李倩. 武汉理工大学. 2012
[10]. 发电厂凝泵高压变频调速系统的研究[D]. 彭博. 安徽理工大学. 2014
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