大功率三电平变频调速前级AC－DC变换技术

绿色、节能、和高效是当今科技发展的主旋律,在交流调速领域,变频调速技术以效率高、调速性能优越,并且节能环保得到了广泛的应用。变频调速技术中减小设备注入电网的谐波电流是个需要解决的技术问题,尤其对于大功率变频调速领域,如何减少设备运行对电网造成的谐波污染是当前急需攻克和研究的热点问题。 减小输入谐波电流较简单的方法,就是采用多脉波整流,且脉波数越高,输入电流谐波含量就越少,但成本、体积和重量也就随之增加。本文的研究背景是500KW大功率三电平高压变频器,工程样机前级拟采用自耦式12脉波整流技术,因此本文就此展开了针对自耦式12脉波整流技术的理论研究,主要包括:输入电流、输出电压特性分析,直流储能及滤波电容对输入、输出性能的影响,平衡电抗器临界参数的确定等研究,在试制3KW实验样机的基础上进行了实验验证,并完成了500KW大功率三电平高压变频器工程样机的前级自耦式12脉波整流系统设计。 由于PWM整流技术与多脉波整流技术相比,输入功率因数更高,谐波污染更小,同时可以实现变频器四象限运行,因此PWM整流技术已成为大功率变频器前级整流今后的发展方向。本文对二极管中点钳位型三电平PWM整流器重点开展以下几个方面研究。 首先对三电平PWM整流器数学模型进行了推导,从数学模型推导出了三电平PWM整流器直接电流控制策略;研究了一种三电平电压空间矢量调制策略,得出了参考电压矢量位于不同扇区时的开关矢量作用时间和顺序。 深入分析了三电平PWM整流器中点电位失衡的问题,研究了一种基于模糊自适应的中点电位平衡控制策略,并建立了Matlab仿真模型,从仿真的结果来看,中点电位得到了较好的控制。 结合理论推导和仿真,分析了三电平PWM整流器启动电流大的原因,提出了相应的解决措施。在此基础上,完成了试验控制程序的编写,并搭建了三电平PWM整流实验电路,进行了相关整流实验。从实验结果看,输入电流谐波含量少,输入功率因数高,启动电流小,中点电位也能控制在较小的偏差之内。