部分单元能量回馈级联型变换器拓扑的优化研究.doc

部分单元能量回馈级联型变换器拓扑的优化研究 第 PAGE \* Arabic \* MERGEFORMAT 12 页第 PAGE \* Arabic \* MERGEFORMAT 12 页第 PAGE \* Arabic \* MERGEFORMAT 12 页 eq \o\ad(分类号,　　　) TM464 eq \o\ad(密级,　　　) eq \o\ad(UDC,　　　) 621.3 eq \o\ad(编号,　　　) 1 0 4 8 6 eq \o\ad(武汉大学,　　　　　　　) eq \o\ad(工程硕士学位论文,　　　　　　　　　　　　　　　) 部分单元能量回馈级联型变换器拓扑的优化研究 eq \o\ad(研究生姓名,　　　　　　　　　)：邓 凯 eq \o\ad(学号,　　　　　　　　　)：2013282070115 eq \o\ad(指导教师姓名、职称,　　　　　　　　　)：陈厚桂 副教授 校外导师姓名、职称： eq \o\ad(专业名称,　　　　　　　　　)：电气工程 eq \o\ad(研究方向,　　　　　　　　　)：级联多电平逆变器 二〇一五年五月 eq \o\ad(A Dissertation Submitted to,　　　　　　　　　　　　) eq \o\ad(Wuhan University,　　　　　　　) eq \o\ad(in Partial Fulfillment of the Requirement for the,　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　) eq \o\ad(Master’s Degree of Engineering,　　　　　　　　　　　　　　) Topology Optimization of A Cascaded Multilevel Converter Capable of Regenerating with Part of Cells By Deng Kai eq \o\ad(Supervisor,　　　　　)：Prof. Chen Hougui May, 2015  论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者（签名）： 年 月 日 摘 要 针对传统级联型变换器不能回馈电机制动产生的再生能量，而全部单元都回馈的级联型变换器成本高、结构复杂的问题，本文研究了一种部分单元能量回馈级联型变换器的拓扑结构。这种变换器将部分级联单元的二极管不控整流桥替换为三相PWM可控整流桥，使得该变换器具有能量回馈功能，是一种介于不回馈和全部单元都回馈的拓扑结构之间的一种新的拓扑。本文分析了这种拓扑结构的特点，从移相变压器、直流电容等元器件方面对比其与传统和全部单元都回馈的变换器之间的不同，得出这种变换器因能量回馈所增加的成本明显比全部单元都回馈的变换器低，因此具有明显的经济价值。从这种结构还能衍生出一系列新的拓扑，因而具有重要的研究意义。与此同时，研究这种结构的变换器还能够为需要四象限运行的高压感应电机驱动系统提供一条新的路径。 基于交流异步电机的稳态相量图，分析了异步电机产生再生能量的机理，并设计了一种基于传统压频比（V/f）控制的变换器控制策略。当电机处于发电机状态时，根据少量的电机参数以及负载转矩等参数，结合定子电流有效值的检测值，计算出功率因数角，并对能量回馈单元和普通单元输出移相角实施协调控制，使得电机发出的有功功率流向能量回馈单元并通过其PWM整流器和移相变压器回馈到电网。还分析了电机定子电流有效值波动对控制产生的影响和解决措施。在对能量回馈单元PWM整流器的控制方面，本文分析了能量回馈单元会对普通单元造成的影响，并提出在这种结构的变换器中能量回馈单元有源前端需要增加额外的滤波器，而不宜用移相变压器的等效漏感代替。仿真验证了这种变换器拓扑结构和控制策略的可行性。 针对能量回馈单元较少则难以满足高降频速率下电机的能量回馈需求的问题，本文提出了对变换器进行单元优化配置研究。首先探讨了电机功率因数角与降频速率之间的关系，并通过曲线拟合得到了功率因数角与降频速率之间的映射关系式。然后对变换器实现能量回馈的可控域进行分析，指出提高能量回馈单元直流电压之和能够扩大变换器回馈再生能量的可控域，即通过增加能量回馈单元个数或提高能量回馈单元直流电压设定值的方法使其满足更高降频速率下的能量回馈需求。仿真验证了单元优化