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本文針對傳統(tǒng)多電平逆變器不容易達(dá)到高電壓大功率應(yīng)用場合的需要的問題，以鐵道電力補(bǔ)償器為例，設(shè)計(jì)了一種可以達(dá)到30kV電壓輸出的6級級聯(lián)式混合多電平逆變器以及相應(yīng)的控制算法。

多電平逆變器可以給出多于兩電平的輸出電壓，因此他可以以較低的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率給出高質(zhì)量的輸出電壓波形。而且，由于多電平逆變器可以使用多個(gè)獨(dú)立的直流電源級聯(lián)構(gòu)成多，所以它很容易實(shí)現(xiàn)在高電壓和大功率場合的應(yīng)用，而施加在每一個(gè)開關(guān)原件上的電壓亦不會太高。設(shè)計(jì)出更高電壓等級的多電平逆變器并且減少結(jié)構(gòu)以及控制算法的復(fù)雜度是多電平逆變器研究的一個(gè)重要方向。當(dāng)前，很多工業(yè)領(lǐng)域需要能夠工作在數(shù)十千伏電壓等級的電力轉(zhuǎn)換器。要實(shí)現(xiàn)如此高的電壓等級，有時(shí)需要構(gòu)建十級甚至二十級以上的級聯(lián)結(jié)構(gòu)的逆變器。這樣的設(shè)計(jì)需要使用大量的開關(guān)元件，驅(qū)動(dòng)器以及控制器等等，因此他們所占用的空間，所需的初期投資以及控制器的復(fù)雜度也會大大增加。
例如，級聯(lián)式多電平逆變器可以用作鐵道電能補(bǔ)償器（RPC）的主電路。RPC連接到牽引電網(wǎng)的目的是降低由大功率牽引負(fù)荷所造成的諧波、負(fù)序、無功等電能質(zhì)量問題。PRC當(dāng)中使用的電能轉(zhuǎn)換器（整流部分+中間直流環(huán)節(jié)+逆變器部分）須要滿足牽引電網(wǎng)的電壓等級要求。對于普通干線電氣化鐵路以及新建的高速鐵路，接觸網(wǎng)的供電電壓一般是25 kVrms (≈35.355 kVpeak) 。因而根據(jù)不同的補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)及補(bǔ)償要求，RPC中的電力變換器需達(dá)到20~40kV的電壓等級。基于這樣的高電壓等級的需求，使用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的多電平逆變器的RPC無法直接與牽引電網(wǎng)相連接，而要使用中間變壓器進(jìn)行連接。傳統(tǒng)電力轉(zhuǎn)換器以及中間變壓器的使用會造成一系列問題，并且這些問題隨著大功率重載貨運(yùn)以及高速鐵路的發(fā)展而顯得日益明顯。例如，中間變壓器會對補(bǔ)償波形造成失真，這種失真會大幅改變逆變器輸出的電壓/電流波形，因而中間變壓器的存在會降低RPC的補(bǔ)償效果甚至?xí)斐裳a(bǔ)償失效。為了解決這個(gè)問題，需要設(shè)計(jì)一種能夠達(dá)到牽引電網(wǎng)電壓等級的新型多電平逆變器。根據(jù)前文的討論，級聯(lián)式多電平逆變器由于可以使用多個(gè)獨(dú)立直流電源對每一級分別供電，因此容易達(dá)到設(shè)計(jì)要求。多電平逆變器的總輸出電壓等于每一級的輸出電壓之和。本文提出一種使用IGCT和IGBT開關(guān)元件混合級聯(lián)而構(gòu)成的新型多電平逆變器。該逆變器的輸出可達(dá)到30kV從而可以不通過中間變壓器直接而直接與牽引電網(wǎng)相連接。對此逆變器的設(shè)計(jì)目標(biāo)是使得它的結(jié)構(gòu)盡可能的簡單并且應(yīng)用最合適的控制算法從而該逆變器可以根據(jù)追蹤任意參考信號給出正確的高質(zhì)量輸出波形。

None 二等獎(jiǎng)
無