当前位置:首页 > 模拟 > 模拟
[导读]详细介绍了一种新型电流型三相直接式五电平拓扑,研究了该拓扑的控制策略。给出了仿真和实验波形,仿真结果和实验波形验证了文中所做的分析。

摘要:目前的多电平变换技术主要是针对电压型逆变器:随着超导储能技术的发展,电流型逆变器的储能效率问题必将得到解决,电流型多电平逆变器也将得到广泛应用。详细介绍了一种新型电流型三相直接式五电平拓扑,研究了该拓扑的控制策略。给出了仿真和实验波形,仿真结果和实验波形验证了文中所做的分析。
关键词:电流型多电平;拓扑;控制策略

O 引言
    现有的关于多电平变流器的研究工作主要是针对电压型变流器(Vohage Source Inverter,简称VSI),对电流型变流器(Current Source Inverter,简称CSI)研究还较少。这不仅是因为通常的电力能源例如发电机,电网,电池等均属电压源,而且VsI中的储能元件电容器与CSI中的储能元件电感器相比,储能效率和储能元件的体积、价格都具有明显的优势。但是,随着超导技术的发展,将解决电流型变流器中电感的储能效率问题。和VSI相比,CSI也具有自己的特点,它便于实现四象限运行,而且工作更加稳定,输出电流更加容易控制等。因此,在有源滤波(APF)、无功补偿(SVG)以及电力系统中,应用将会越来越广泛。对于多电平逆变器而言,PWM技术无疑是一种获取理想输出的方案。总体上来讲,适用于多电平VSI的控制策略同样适用于多电平CSI,但对于不同的拓扑应采用相适应的控制策略。对于组合式多电平CSI,各个单元CSI在控制上相对独立,因而便于采用PWM技术。对于直接式多电平CSI,不能简单沿袭常规的调制方法,通常,三相多电平CSI在选取控制策略时必须考虑以下因素:
    1)要维持直流侧电流的持续导通;
    2)要保证分流电感的电流平衡;
    3)要考虑到三相电流的相互耦合影响。

1 电路拓扑分析
   
图1是本文介绍的三相五电平CSI拓扑(以下称为直接式三相五电平),每个开关器件由MOS管和一个快恢复二极管串联。在稳态时,考虑到电路拓扑的对称性并忽略电感的纹波,则在分析电路时图中可用值为1/2的电流源来代替每个均流电感。如图2所示,它的输出电平为一I,一I/2,0,1/2.I五电平。

    本文中的CSI,从形式上看是两个普通逆变器并联于同一电流母线两端,但其工作原理是利用多电平组合的思想,五电平拓扑利用4个均流电感对逆变器的输入电流、输出电流均分成两等份,然后再用相应的开关对三相电流进行合理的分配、组合得到所需的五电平。以A相为例,输出电平和开关导通示意如表1所列。

2 三相直接式五电平CSI的调制方式研究
   
常用的多电平变流器的PWM控制方法有:多电平消谐波PWM(SHPWM),载波相移(CPS—SPWM),开关频率优化(SFO—PWM),空间矢量调制(SVPWM)。本文对图1所示的三相新型五电平CSI的调制方式是一种组合逻辑的PWM技术,用三相互差120°的正弦波调制信号和一个三角载波比较(正弦波的幅值为5V,三角波幅值为2.5V),再通过数字和模拟电路的组合输出相应的PWM波。
 
    图3为采用的实现PWM技术的数字化方案。所有的比较器单元(决定着开关逻辑)接收三相正弦波调制信号,每一个正弦波对应一片EPROM和D/A转换器,每一个EPROM均由不同的计数器来寻址,且通过锁相环与对应相的电源同步。幅值控制信号为Vmod,它与包含着正弦调制信号的EPROM的输出经过D/A转换后相乘,然后作为每个比较模块单元的调制信号。

    对于电流型逆变电路,开关动作须满足三个条件,即维持直流侧的持续导通;考虑三相电流相互耦合的影响;均流电感上平均电压应为零。基于以上考虑,本文采取了以下的PWM控制策略。

    1)以A相为例,如图4(a)所示,由SINA、一SINA与同一个三角载波比较分别得到一个二电平的脉冲信号,两个信号叠加得到一个三电平的脉冲信号PA。(同理,可得信号PB,Pc)。三电平的脉冲信号PA和PB相叠加得到五电平的一组调制信号PA一PB,如图4(b)所示,同理可得PB—PC,PC-PA。


    2)考虑到上述的电流电平组合条件,取PA(PA1,PA2,PA3,PA4分别代表开关SA1,SA2,SA3,SA4上的控制信号)为正半周大于零的电平信号,PA2为正半周大于1/2的电平信号,同理,PA3为负半周小于零的电平信号,PA4为负半周小于一1/2的信号。通过模拟开关使PA1、PA2以及PA3、PA4均匀地交替输出,这样,每个开关管上的驱动信号皆为宽窄脉宽交替,保证了若干周期内左右两个桥臂导通时间一致,从而能更好地实现均流电感平均电压为零,如图5(b)所示为同一桥臂的三个开关的驱动信号。


    3)在本实验中,主电路每个桥臂都不能存在直流无通路的情况。为了消除直流无通路的状态,以一个桥臂为例,采用如图5(a)的逻辑控制,对一个桥臂上的3个开关信号“或非”后取得该桥臂均不导通的信号,此信号与其所在相信号“与”后,再与该路的信号“或”,得到各路开关管上的控制信号。这样能很好地保证主电路每个桥臂都不存在直流无通路的情况。

3 直接式三相五电平CSI仿真和实验
3.1 仿真参数和结果
   
为验证这种控制策略的正确性,本文对新拓扑构成的三相五电平CSI进行了仿真研究。仿真参数如下:电流源电流为20A,每个均流电感为100mH,逆变器的输出工作频率为50Hz,负载电阻为8Ω,负载为星型连接无中性线,输出滤波器由LC组合而成(L=5mH,C=60μF)。

    图6(a)所示为三相五电平CSI的输出PWM电流波形。图6(b)为滤波后的三相负载电流波形,可见滤波后的电流波形非常接近正弦波。


3.2 实验参数结果
   
在前面分析讨论的基础上,对三相直接式五电平CSI拓扑进行了实验验证。实验的主电路如图1所示,参数如下:每个均流电感为100mH,输出电流的频率为50Hz,负载电阻为8Ω,输出滤波电容为60μF,滤波电感为8mH,载波比为32。实验测得输入电流约为4A,图7(a)为滤波前的三相负载电流波形,图7(b)为滤波后的波形,可以看出,输出波形非常接近正弦波。

4 结语
    直接式CSI多电平逆变器是一种非常有特色的拓扑,随着高温超导技术突破性的发展并进入实用化,超导技术将解决电流型变流器中的储能电感储能效率问题,同时电力超导储能系统中储能线圈具有电流源特性,因此,电流型变流器将具有广泛的应用前景,进行三相直接式CSS的拓扑和控制的研究将具有重要的意义。

本站声明: 本文章由作者或相关机构授权发布,目的在于传递更多信息,并不代表本站赞同其观点,本站亦不保证或承诺内容真实性等。需要转载请联系该专栏作者,如若文章内容侵犯您的权益,请及时联系本站删除。
换一批
延伸阅读

分析了1 000 MW超超临界直流锅炉汽动引风机在运行过程中转速振荡的原因 ,并从实用角度分析了转速振荡可采取的主要控制策略 。以某电厂机组特殊工况为例 ,介绍了如何采用控制策略解决转速振荡问题。所提控制策略对电厂汽...

关键字: 超超临界 汽动引风机 转速振荡 原因分析 案例分析 控制策略

阐述了催化还原SCR脱硝反应基本原理 ,分析了氨逃逸导致空预器堵灰的原因 。针对SCR系统氨逃逸率高及由此引 发的空预器堵灰的影响因素 , 结合电厂机组实际运行情况 ,提出降低氨逃逸率及防止空预器堵灰的措施 , 可为燃煤...

关键字: SCR脱硝系统 氨逃逸率 空预器 堵塞 控制策略

在道路上,由电池驱动的车辆数量日益增多。在家庭中,从手持电动工具到割草机,各类设备都已实现无线化。在建筑领域,锤钻、冲击扳手、圆锯、射钉枪等设备也都依靠电池供电。在仓库里,叉车、托盘搬运车、自动引导车辆 (AGV) 等物...

关键字: 拓扑 电池 电动工具

2025 年,工商业储能正处于从政策驱动迈向价值驱动的关键转折点。在这一进程中,储能变流器(PCS)作为实现交直流转换的核心设备,逐渐占据行业变革的核心地位,凭借底层技术创新重塑工商储价值体系。

关键字: 储能 变流器 交直流转换

风能和光伏发电技术不断改进和成熟 , 随着发电效率的提高 ,装机容量逐渐增大 ,有效减少了碳排放量。然而 ,风能 和光伏发电存在波动性和间歇性 ,给电网的安全稳定运行带来了考验 。风光储发电系统以其互补互济、发电灵活的特...

关键字: 风光储发电系统 无功补偿 变流器

在电力电子领域,拓扑结构的选择对于电源系统的性能和效率至关重要。LCC(电感电容耦合谐振变换器)和 LLC(电感电容电感谐振变换器)是两种常见的拓扑结构,它们在许多应用场景中展现出独特的优势。随着高压应用需求的不断增长,...

关键字: 拓扑 LCC LLC

BLDC 电机比传统有刷直流电机更小、更轻、更安静,同时提高了消费、工业、汽车和医疗应用的可靠性和能效。它们的无刷结构消除了机械磨损、导电灰尘、可闻噪音和电弧等问题,从而简化了设备设计和维护。

关键字: BLDC 控制策略

南京2024年12月9日 /美通社/ -- 12月7日,"紫金论电"专题论坛——"构网型技术与新型电力系统"技术论坛在南瑞集团(国网电科院)召开。本次论坛由国网电力科学研...

关键字: 电力系统 BSP 变流器 新能源

所谓电路拓扑就是功率器件和电磁元件在电路中的连接方式,而磁性元件设计,闭环补偿电路设计及其他所有电路元件设计都取决于拓扑。最基本的拓扑是Buck(降压式)、Boost(升压式)和Buck/Boost(升/降压),单端反激...

关键字: 拓扑 电源

什么是拓扑呢?所谓电路拓扑就是功率器件和电磁元件在电路中的连接方式,而磁性元件设计,闭环补偿电路设计及其他所有电路元件设计都取决于拓扑。最基本的拓扑是Buck(降压式)、Boost(升压式)和Buck/Boost(升/降...

关键字: 开关电源 拓扑
关闭