基于晶闸管的四象限电流源型变换器

摘要

应用在输电领域的大功率变换器根据储能元件不同，通常分为电压源型和电流源型变换器，电压源型变换器在工程中已经得到广泛应用，基于半控器件的变换装置满足高压大功率的需求；传统电流源型变换器由于交流侧储能电感的存在限制了它的发展。随着科技的不断发展，基于传统十二脉波整流电路叠加直流注入单元的拓扑可以有效地消去谐波，同时能够灵活的控制有功、无功功率，克服基于晶闸管的变换装置无法实现全范围功率控制的缺点；变换器可以运行在整流模式、逆变模式、STATCOM(static synchronous compensator)模式，实现四象限运行使其在高压直流输电、柔性交流输电领域具有广泛的应用价值。
　　本文基于电流型多级变换器拓扑，采用直流侧叠加注入电路的方式，旨在研究系统四象限运行方法的实现。首先根据传统十二脉波整流拓扑进行定量分析，研究采用注入式的谐波抵消方法，明确四象限电流源系统的工作原理与拓扑结构，为系统硬件电路设计提供理论依据；注入电路中通过合理的分配支路开关组合生成多阶梯电平的准三角波，采用双绕组电感进行均流保证变换器电流的持续性。通过仿真研究四象限电流源变换器系统基本运行特性，对 STATCOM模式下均流问题进行改善。比较三种注入电路驱动策略对均流效果的影响，满足在一定周期内的导通时间总和相同，采用状态遍历的控制方法具有相对较好的均流效果。最终确定系统硬件电路的具体设计方案，研究典型工作模态下的功率控制策略，关键元器件的设计选型与变压器设计，选取DSP为控制器实现硬件电路及控制柜的整体搭建，验证系统的四象限运行功能，同时比较四象限电流源换流器应用于整流、逆变、STATCOM模式下的工作特性。

目录

第1章 绪论

1.1课题研究的背景及意义

1.2大功率变换器结构的研究现状及分析

1.3谐波改善方法的研究现状及分析

1.4课题的主要内容

第2章 四象限电流源变换器原理及拓扑结构研究

2.1引言

2.2传统十二脉波电路谐波分析

2.3谐波注入原理及多阶梯实现

2.4注入电路拓扑及开关控制方法

2.5本章小结

第3章 四象限电流源变换器运行特性研究

3.1引言

3.2四象限运行特性研究

3.3变压器漏感对换相重叠角的影响

3.4 STATCOM模式下的纹波问题

3.5注入支路开关驱动策略对均流的影响

3.6控制算法分析

3.7本章小结

第4章 系统硬件电路参数设计

4.1引言

4.2主控单元设计方案

4.3采样及信号调理电路设计方案

4.4驱动电路设计方案

4.5关键元器件设计与选型

4.6整体结构设计图

4.7本章小结

第5章 实验平台搭建及实验验证

5.1引言

5.2实验平台设计

5.3系统基本运行实验

5.4七电平四象限运行实验

5.5变换器注入电路均流实验

5.6本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间的学术成果

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