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【6h】

级联H桥型逆变器带故障运行方法研究

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第一章绪论

1.1课题研究的目的和意义

1.2多电平逆变器拓扑结构研究现状

1.2.1级联H桥型逆变器

1.2.2派生的拓扑结构

1.3 PWM控制技术研究现状

1.3.1阶梯波调制法

1.3.2基于载波的调制方法

1.3.3 SVPWM空间矢量

1.4适合中高压逆变装置的大功率器件

1.5多电平逆变器可靠性及容错技术概述

1.6本文的主要研究内容

第二章级联H桥型逆变器及传统故障处理方式的优化

2.1功率单元与级联H桥多电平逆变器结构

2.2输出谐波分析

2.2.1单个桥臂输出电压谐波分析

2.2.2 H桥输出电压谐波分析

2.2.3级联H桥输出电压谐波分析

2.3传统故障处理方式的优化

2.4实验结果

2.5本章小结

第三章基于中性点移位的故障处理方法及优化

3.1中性点移位原理

3.2载波相移差补调制在中性点移位中的应用

3.3实验结果

3.4本章小结

第四章基于旁路故障单元的优化控制方法

4.1增加中性点移位方式输出电压的方法

4.2线电压调制方式

4.2.1线电压调制理论分析

4.2.2多电平线电压空间矢量

4.2.3空间矢量的选择及转换

4.2.4驱动信号的生成

4.3实验结果及分析

4.3.1正常情况下实验结果

4.3.2故障情况下实验结果

4.4本章小结

第五章基于开关器件的故障处理方法

5.1开关器件的故障模式及处理方法

5.2器件故障对线电压空间矢量的影响

5.2.1首次故障类型分析

5.2.2多次故障类型分析

5.2.3故障模式与单元输出的关系

5.3驱动信号的生成

5.4实验结果及分析

5.5本章小结

第六章故障处理方式对比

6.1级联H桥型逆变器的可靠性分析

6.2输出电压对比

6.3共模电压对比分析

6.4本章小结

第七章实验系统硬件结构

7.1系统结构

7.2系统特点

第八章结论

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文及科研项目

附录

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摘要

本文研究级联H桥型逆变器带故障运行时的控制方法,研究的主要内容一方面是在现有结构的基础上,应用改进的调制方式或者优化的算法,提高故障后系统的输出性能,主要是提高输出电压和减少输出谐波;另一方面是对目前的结构和控制策略进行适当改进,进一步提高整个系统的可靠性。 本文的主要研究内容和创新点主要有以下几个方面: 1)对传统故障处理方式进行了分析,提出了适合于消除谐波的优化方式。 载波相移调制技术能够有效的消除低次谐波,目前该方法广泛用于级联H桥型逆变器的控制,是级联H桥型逆变器无故障时理想的控制方法。传统控制方法处理单元故障后,如果仍采用正常工作时的参数运行,虽然能够维持输出电压平衡,但电压幅值大幅降低,谐波含量尤其是低次谐波增加,严重时会影响到系统的稳定运行。本文在分析级联H桥型逆变器载波相移控制方式的基础上,提出了优化处理方法,给出了具体的参数修改原则。在采用传统故障处理方法旁路故障单元后,利用该优化方式能够有效的消除低次谐波,维持故障后级联H桥型逆变器的降额稳定运行。 2)针对基于中性点移位原理的故障处理方式,提出了适合于故障后不对称系统的低次消除谐波方法。 与传统的故障处理方式相比,基于中性点移位原理的处理方法能够利用所有的非故障单元,增加输出电压幅值。但同时也发现,仅中性点移位,输出电压幅值基本平衡,但是谐波消除特性不理想,低次谐波含量增加。针对这一问题,本文提出了进行参数调整的优化方案,利用该方案控制中性点移位后的故障系统,可以得到较为理想的输出特性。 3)针对仅旁路故障单元的故障处理方法,为了充分利用各单元的输出能力,提出了多电平线电压空间矢量的控制方式。 采用中性点移位方式处理故障后,由于系统的不对称而不能够继续利用传统的优化调制方式,因此单元的输出能力未能得到充分利用。利用本文提出的基于多电平线电压空间矢量的控制方式,可以得到对称的线电压及负载电压;能够利用所有非故障单元,并且可以充分利用各单元的输出能力,进一步提升系统故障后的输出能力。与基于载波的调制方法相比,输出谐波含量较小,而且器件开关频率低,减少了损耗。 4)提出了基于旁路故障开关器件的故障处理方式,分析了相对于其它故障处理方式的优点,提出了适合这种故障处理方式的控制方法。 仅旁路故障器件的故障处理方法,可以充分利用故障单元中的所有非故障功率器件。分析了各种故障对空间矢量的影响,采用多电平线电压空间矢量的控制方法,可以使故障后系统的输出能力最大化。同旁路故障单元的故障处理方式相比,这种方法不仅可以得到对称的线电压输出,而且在多数故障情况下可以得到更高的输出电压幅值,进一步提高了系统的可靠性。 本文对所提出的调制方法进行了大量的理论分析及仿真,并搭建了级联H桥型多电平逆变器的实验装置,分别对上述控制方法进行了实验研究。丰富、详实的仿真及实验研究结果验证了本文理论研究的正确性。

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