论文部分内容阅读
随着经济的发展,变流器应用的电压等级越来越高、功率等级越来越大,多电平变流器应运而生。其中,由于三电平变流器拓扑结构、控制算法简单,研究也最为广泛。在三电平变流器中,调制算法一直是研究的热点。基于载波同相层叠(Phase Disposition,PD)和载波交替反相层叠(Alternative Phase Opposition Disposition,APOD)的正弦脉宽调制技术(Sinusoidal Pulse Width Modulation,SPWM)在三电平变流器中应用最成熟。对于两种调制技术,传统研究只关注变流器输出电压谐波以及经过低阶滤波器后滤波电流的谐波特性。但随着社会对电能质量的要求越来越高,大量存在固有谐振点的高阶滤波器被广泛的应用在变流器系统中,变流器输出电压谐波经过滤波器后极有可能形成幅值较大的谐振电流,从而大大降低了输出电能质量和整个变流器系统的稳定性。因此,在三电平变流器外接高阶滤波器时,有必要深入分析两种调制方式的特点。本文首先分析了载波调制基本原理,在此基础上对三电平变流器分别采用载波同相层叠正弦脉宽调制(PD&SPWM)和载波交替反相层叠正弦脉宽调制(APOD&SPWM)时三电平变流器输出电压谐波频谱进行数学建模;其次,通过理论分析与严格的数学推导详细对比了三电平变流器在两种调制方式下变流器桥臂输出电压的谐波特性,并将此谐波特性与LCL高阶滤波器的滤波特性相结合,综合分析了两种调制方式的优劣性。通过综合比较发现:当三电平变流器外接LCL等高阶滤波器时,APOD&SPWM调制输电压谐波分布较为集中,可以很好的避开高阶滤波器的谐振点,但其所需的滤波器体积较大;PD&SPWM调制虽然输出电压谐波较小,但是谐波分布较为分散,在开关频率较低时,其分散的电压谐波很有可能落在高阶滤波器的谐振带宽范围内,从而造成了输出电能质量变差,影响了系统的稳定性。为保有APOD调制谐波分布集中优点的同时减小APOD总电感量需求,提出了一种基于最优三次谐波注入的改进APOD调制策略,分析了不同三次谐波注入量对APOD电压谐波分布及总电感量需求的影响,进而给出了以总电感量需求最小为目标的三次谐波最优注入量的计算方法。该方法可以实时根据当前调制度自动计算需要注入的三次谐波最优幅值,实现最优三次谐波的在线注入。最后,仿真和实验结果表明,所提策略不仅可以有效地避开高阶滤波器的谐振点,而且可有效的降低主导谐波电压幅值,从而减小所需滤波器总电感量。