级联多电平整流器的研究

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近年来,级联多电平整流器作为多电平结构的典型代表,由于其控制简单,可靠性高,模块化设计等优点被广泛应用于电力电子变压器、无功补偿、多电平逆变器等高压大功率场合。针对级联多电平整流器的控制目标,可将级联多电平整流器的控制分为整体控制和电压平衡控制两部分。本文对级联多电平整流器的控制策略及动态特性的改善进行了相关的研究。首先介绍了级联多电平整流器拓扑结构,详细介绍了在不同PWM调制方式下单相PWM整流器的工作模态,并介绍了级联多电平整流器的移相载波技术,最后,给出了级联多电平整流器的数学模型。其次介绍了级联多电平整流器的整体控制策略,详细介绍了电压外环、电流内环双闭环控制策略,并给出了电压外环的设计公式和电流内环的参数选择方案;针对传统的电压外环控制器带宽较低会导致系统动态特性较差的问题,提出了改进的电压外环控制器和基于纹波电压前馈的控制策略,并通过仿真和实验验证了所提方案的合理性和有效性。最后,搭建了级联多电平整流器的仿真模型和实验平台,给出了负载平衡和负载不平衡情况下的仿真和实验波形。最后介绍了级联多电平整流器的电压平衡控制策略,详细介绍了比例脉冲补偿电压平衡策略,给出了电压平衡控制器的设计公式,并通过仿真和实验验证了比例脉冲补偿法可以很好的实现级联多电平整流器在各单元负载不平衡情况下的输出电压平衡;对于比例脉冲补偿电压平衡策略,在某一单元负载切换时,各单元输出电压之间会有较大的电压差和较长的平衡调节时间,动态特性较差,进而提出了基于负载电流前馈的电压平衡策略,并通过仿真和实验验证了所提方案的正确性和有效性。
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