二极管箝位多电平背靠背变流器.pdf

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1、电力电子建模与仿真：二极管箝位多电平背靠背变流器电力电子建模与仿真期末报告题目：二极管箝位多电平背靠背变流器姓名：学号：13授课教师：2013年12月20日电力电子建模与仿真：二极管箝位多电平背靠背变流器二极管箝位多电平背靠背变流器1.二极管箝位多电平背靠背变流器的应用场合多电平变换器具有输出THD小、器件电压应力低和系统EMI低等优点而广泛受到人们的青睐，其应用领域是最初的DC-AC变换，如大功率电动机车电动机驱动，拓展到AC-DC变换，如电力系统无功补偿、有源滤波;再到AC-DC-AC变换，如电力系统统一潮流控制器，二极管箝位多电平变换器在控制功率的双向流动方面有优势，因而在中压变频

2、调速领域和交流柔性供电系统中有着良好的应用前景。2.二极管箝位多电平背靠背变流器2.1整流原理：图2-1：二极管钳位五电平整流器多电平PWM整流器控制原理是基于同步旋转坐标变换的有功无功解耦控制，其控制原理为：2π2π设u2ucos(wt)、u2ucos(wt)、u2ucos(wt)，则在dqabc33坐标系下系统的数学模型为didLw·L·iR·iuVddtqddVdqdiVqLqw·L·iR·iudqqdt-1-电力电子建模与仿真：二极管箝位多电平背靠背变流器3其中：u·Umaxdq20di3d

3、VdLw·L·iqR·id·Umax化简为：Vdqdt2VdiqLqw·L·iR·i0dtdq上式表明整流器的输入电流i和i分量之间存在耦合，直接控制输入电流需dq要解耦处理，需要引入电网电压前馈补偿来提高系统动态性能，控制过程相对复杂。而在整流器系统中，有功功率和无功功率之间是解耦的，能独立进行控制。由上述推导进行数学模型搭建如下图所示：图2-2：多电平PWM整流器控制器原理图取三相网侧电流信号i经过abc/dq坐标变换，得到有功电流i和无功电流abcdi；整流输出电压v与整流参考电压v比较得到电压误差信号，经PI调节器qdcref调节

4、输出作为有功电流的参考信号i，有功电流i与参考电流i的误差经过drefddref-2-电力电子建模与仿真：二极管箝位多电平背靠背变流器PI调节器调节输出再与u和iwL比较后，得到电压V信号；无功电流i与参dqdq考电流无功电流i（i=0）比较输出后经PI调节器调节输出后与iwL综合qrefqrefd后得到电压V信号；最后电压V、V信号经过dq/abc坐标反变换可以得到V、qdqaV和V信号，这三路信号分别作为整流电路三相的控制信号波，信号波V、V和bcabV与三角载波比较输出三相脉冲控制信号，下图就说明了整流侧A相控制信号c的产生方法。获得的A1~A8八路信号分别控制A相的8个IGB

5、T的开通和关断。-3-电力电子建模与仿真：二极管箝位多电平背靠背变流器根据上面的框图以及原理说明可以搭建仿如下的真电路的控制器，其结构如图所示：图2-3：整流侧控制器仿真电路2.2逆变电路多电平逆变电路如下图：图2-4：多电平逆变电路先以一相做原理分析：8个IGBT开关管S41、S42、S43、S44、S45、S46、-4-电力电子建模与仿真：二极管箝位多电平背靠背变流器S47、S48的驱动信号遵循对管互补的规则，即S41与S45、S42与S46、S43与S47、S44与S48的驱动信号互补。输出电平与开关状态的关系如下表所示。表1-1：逆变输出状态开关表S41S42S43S44S45S

6、46S47S48V411110000V301111000V200111100V100011110V000001111输出电压为V4：当电流从直流电源流出时，4个IGBT，S41S42S43S44导通；当电流流入直流电源时，与4个IGBT的反并联二极管导通。图2-5：输出电压V4的工作状态输出电压为V3：当电流从直流电源流出时，3个IGBT，S42S43S44导通，二极管D41导通；当电流流入直流电源时，S45和与其反并联二极管导通。-5-电力电子建模与仿真：二极管箝位多电平背靠背变流器图2-6：输出电压V3的工作状态输出电压为V2：当电流从直流电源流出时，2个IGBT，S43S44导通，

7、二极管D43导通；当电流流入直流电源时，S45S46和二极管D44导通。图2-7：输出电压V2的工作状态-6-电力电子建模与仿真：二极管箝位多电平背靠背变流器输出电压为V1：当电流从直流电源流出时，S45和二极管D44导通；当电流流入直流电源时，S45S46S47和二极管D46导通。图2-8：输出电压V1的工作状态输出电压为V0：当电流从直流电源流出时，S45S46S47S48的反并联二极管导通；当电流流入直流电源时，S45S46S