1. 研究目的与意义
近年来电力电子技术发展迅速,许多相关产品如空调、电力机车、开关电源等在电网中所占比重越来越大,这些非线性负荷会给电网带来谐波、无功、三相不平衡等一系列电能质量问题。
SVG(静止无功发生器)、APF(有源电力滤波器)等电能质量补偿装置可以解决这些电能质量问题,在中大功率场合,其主电路拓扑结构主要为级联逆变器,与传统电压等级相同的级联H桥逆变器相比,混合级联逆变器可以在相等的级联单元数下输出更多的电平数,从而减少输出波形的谐波畸变率,更能充分应用低电压等级开关器件的开关频率。
本课题要求分析Ⅱ型H桥混合级联逆变器的工作原理,研究其调制策略,搭建仿真模型,并对输出波形进行谐波分析。
2. 课题关键问题和重难点
1、了解H桥混合级联多电平逆变器的发展现状和该装置的类型,进行详细分析后得出其优缺点。
然后对H桥混合级联逆变器的原理进行详细分析,并通过分析得出在直流母线电压不同的组合方式下,逆变器的输出电平数、控制方式、器件数量等之间有何联系,以便于设计出最合适的装置模型;2、在某些调制方式下,H桥混合级联逆变器会出现单元之间的功率互送问题,混合级联拓扑的发展对调制策略的研究和改善提出了新的要求,关于混合调制策略,是将阶梯波调制与 PWM 调制相结合,使高压器件和低压器件协同工作,但是该方法存在低压单元直流侧电流倒灌问题。
我们有必要对传统的调制方法进行改进,从而促进混合多电平拓扑的发展和实用化;3、如何应用仿真软件去搭建模型,应用相关工具对输出谐波进行分析,以验证理论分析的正确性。
3. 国内外研究现状(文献综述)
Ⅱ型H桥混合级联多电平逆变器的仿真研究多电平逆变器是以电力系统中直流输电、无功功率补偿、电力有源滤波器等应用发展的需要,高压大功率交流电动机变频调速系统大量应用的需求,以及20世纪70年代以来两次世界性的能源危机和当前严重的环境污染所引起的世界各国对节能技术与环保技术的广泛关注为背景。
合理有效的动态无功补偿不仅可以保证系统供电量,还能提高电力系统运行的安全性和稳定性,也可在一定程度上增加电网运行的经济效益。
与传统的级联 H 桥变换器相比,混合级联多电平变换器在相等的级联单元下可以输出更多的电平,减少了开关器件和隔离电源的数目[1]。
4. 研究方案
Ⅱ型H桥混合级联多电平逆变器是顺应时代要求的产物,在导师的领导下进行初步的工作,查阅文献,完成与课题有关的开题报告一份,完成与设计有关的英文资料的翻译;再对现有混合级联逆变器拓扑结构进行综述,总结其各自特点;之后对Ⅱ型H桥混合级联逆变器的工作原理和调制策略进行分析和研究;然后应用相关仿真软件如Matlab,搭建Ⅱ型H桥混合级联逆变器仿真模型,验证调制策略的有效性,并对逆变器输出波形进行谐波分析;最后完成毕业设计说明书一份。
本课题可对我国电力行业发展有一定程度的帮助,可以在一定程度上增加电网运行的经济效益,保证我国经济和社会的可持续发展。
5. 工作计划
第 1 周 接受任务书,领会课题含义,按要求查找相关资料,并理解有关内容;第 2 周 翻译相关英文资料,了解其中内容含义;第 3 周 提出拟完成本课题的方案,写出相关开题报告一份,并对课题深刻理解;第 4 周 对现有混合级联逆变器的发展历史、过程及其拓扑结构进行研究;第 5 周 对H桥的工作原理和调制策略进行研究,探讨;第 6 周 搭建H桥的仿真模型;第 7 周 对Ⅱ型H桥混合级联逆变器的工作原理和调制策略进行研究;第 8~9 周 搭建Ⅱ型H桥混合级联逆变器的仿真模型,调试参数,对其输出波形进行谐波分析;第10周 认真撰写毕业论文初稿;第11周 按要求认真修改毕业论文内容;第12周 完善并上传论文,接受答辩资格审查;第13周 指导教师、评阅教师评阅论文;第14周 准备参加答辩。
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