级联型多电平逆变器运用于雷达电源质量改善的理论研究.doc

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1、级联型多电平逆变器运用于雷达电源质量改善的理论研究［摘耍］木文在总结级联型多电平逆变器的基础上，通过对现有了雷达电源供电系统进行分析，从理论上对级联型多电平逆变器运用于雷达电源供电系统，改善电源质量的可能性机前景进行了探讨研究。［关键词］级联型多电平逆变器雷达电源质量改善研究中图分类号：TM464文献标识码：A文章编号：1009-914X（2016）03-0082-02引言随着雷达技术的发展，雷达对电源质量的要求越来越高，但受电力电子器件性能的限制，单个开关电源模块的输出功率往往不能满足要求。现代电力电子学技

2、术发展很快，各类大功率器件不断涌现（特别是IGBT的广泛应用），各类高效、低污染电路拓扑日新月异，高频逆变器电源L1在雷达中广泛应用，其效率高达90%,体积小、重量轻、响应快［1］。1・级联型多电平逆变器在已经提出的多种多电平逆变器的拓扑结构中，最为典型的有：二极管钳位型、飞跨电容型、级联型。其中级联型逆变器具有不需要前两种电路所需的大量钳位二极管和钳位电容，结构简单、易于模块化、不存在电容电压不平衡问题口易于采用软开关技术。级联多电平逆变器是由若干个基木逆变单元（例如h桥逆变器）通过串联连接而形成的单相或三

3、相逆变器。每一个逆变单元可以输出方波或阶梯波，通过输岀波形的叠加合成，形成更多电平台阶的阶梯波，以逼近逆变器的正弦输出电压。这种电路的特点：随着逆变器级联数目的增加，输出电压的电平数增加，从而使得输出电压或电流波形的谐波含量减小；由于多个逆变单元串联完成整个逆变任务，虽然整体输出开关频率变高，但各个逆变单元功率器件的开关频率并不高，因此与非级联电路相比功率器件承受的电压应力减小，在高压应用中无需均压电路，同时可避免大的dv/dt所导致的电机负载绝缘等问题；当各串联或并联连接的级联单元屮有一个单元故障时，可通过

4、把此单元短接而退出工作，其它单元仍然能够正常工作，保证系统正常运行。使模块化逆变器产品的封装，生产和制造成为可能，扩展容易。近年來，由于级联多电平逆变器的上述优点，在中高压调速领域、不停电电源、交流柔性输电系统（facts）等应用中引起了电力电子行业的极大关注，成为中高压能量变换的首选方案。级联型多电平逆变器具有以下优点：（1）直流侧采用相互隔离的直流电源，不存在电压不均衡问题；（2）输入功率因数高（0.95以上），谐波含量小，整体效率高，对电网的污染小；（3）各个功率单元采用常规低压IGBT器件，结构相同，

5、模块化设计和生产方便，易于检修和维护，可靠性高；（4）由于变压器副边绕组的独立性，使每个功率单元的主冋路相对独立，类似常规低压变频器，便于采用现有的成熟技术;（5）抗浪涌能力强。达到输入的任何雷电感应的浪涌都会由于变压器的阻抗而得到预期的限制，二极管整流器和大电容也可很容易的将其吸收而不会到达功率模块；（6）由于变压器副边绕组相互隔离，使每个功率单元的主回路相対独立，类似常规低压变频器，。便于采用现有的技术；（7）当某个功率模块出现故障时，可将存在故障的这一级整级旁路掉，或采用特殊的手段仅将故障模块旁路掉，而

6、不影响逆变器正常工作；（8）不需要箝位二极管和箝位电容，与其它两种结构相比，产生相同的电平数，所需器件数目最少。同时级联型多电平逆变器也存在着所需独立直流电源多、不易实现四象限运行等缺点，但是同其他两种拓扑结构相比在输出容量、系统可靠性和控制难度等方面优势。明显，具有更广泛的应用，且在理论上和技术上都还存在较人的研究空间。2•雷达电源供电系统电源是雷达系统不可缺少的一部分，是雷达系统可靠工作的保证。随着新体制雷达的不断出现以及雷达系统的复杂化，对电源系统的自动化和防护功能提出了越来越高的要求。雷达电源系统由供

7、配电系统（一次电源）和直流稳压电源系统（二次电源）组成。供配电系统主要由电力变压器、发电机组、母线、ATS切换系统、低压配电系统以及继电保护电路组成。由于受电力电子技术和大功率开关器件的限制，早期雷达电源多采用真空开关管作调整管的串联调整稳压器。其效率一般在35-50%,而且体积庞大，占用了数倍有用功率的电网容量。现代雷达使用的高压电源提出了多种苛刻的要求。它既要求电源功率大、电压高、稳定性好、交流纹波小，又要求其效率高、体积小、高可靠性，这就使电源越来越复杂。用过去的整流滤波或串联稳压的方法很难满足这些要求

8、。随着工业水平的提高，高频高压可控开关器件、大容最小体积的高频高压电容器以及高频铁磁材料陆续问世，为研制新型的高压、高频开关电源提供了条件。由于开关电源具有体积小、重量轻、效率高等优点，其应用越来越广泛。以远程地波雷达为例,它主要是通过发射高频电波工作,发射的电波会沿着海面“爬行”，因此可以突破地平线，探测到300公里外的冃标。具有探测距离较长，体积很小，探测精度高的优点。随着远程地波雷达不断更新和