【正文】 元圖212 陽(yáng)極、陰極開(kāi)關(guān)單元的加合為了解決這個(gè)問(wèn)題，令圖2圖211分別為陽(yáng)極開(kāi)關(guān)單元和陰極開(kāi)關(guān)單元，兩變換器共用分壓電容，并且進(jìn)行加合，則得到圖212所示變換器，兩個(gè)分壓電容的電壓可以保持均衡。6個(gè)非隔離的TL變換器滿(mǎn)足上述條件，因此可以得到三電平電壓波形，而且其脈動(dòng)頻率為2倍開(kāi)關(guān)頻率。該建模方法的主要特點(diǎn)是：(1)用周期性脈沖函數(shù)將變換器在一個(gè)周期的各個(gè)子拓?fù)浣y(tǒng)一成一個(gè)拓?fù)洌锢砀拍钋逦?2)對(duì)小信號(hào)變量的采樣函數(shù)作拉氏變換，模型具有采樣數(shù)據(jù)模型的特點(diǎn)；(3)可根據(jù)變換器的不同類(lèi)型作相應(yīng)線(xiàn)性近似處理[26]。圖31等效Buck三電平DCDC變換器原理圖所示變換器可以用4個(gè)開(kāi)關(guān)模態(tài)來(lái)分析其在一個(gè)周期內(nèi)的工作過(guò)程。因?yàn)樵诜秶鷥?nèi)變換器的工作過(guò)程與范圍類(lèi)似，因此，分析討論時(shí)考慮半個(gè)周期即可。 穩(wěn)態(tài)分析當(dāng)變換器在穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，通常情況下變換器各條支路上的電壓或電流都是一些幅值恒定的周期函數(shù)，但其中有一些是非連續(xù)的。為求得系統(tǒng)的頻域模型，必須對(duì)小信號(hào)變量的采樣函數(shù)進(jìn)行拉氏變換。于是，式(38)，(39)中各個(gè)變量的采樣函數(shù)的拉氏變換分別為圖39 采樣函數(shù)組成的脈沖波形 (310)(311)(312)式(310)，(311)，(312)中，即為采樣函數(shù)的拉氏變換。但是，對(duì)于三電平變換器而言，由于其開(kāi)關(guān)數(shù)目多，工作模態(tài)復(fù)雜，用傳統(tǒng)建模方法對(duì)之進(jìn)行統(tǒng)一建模相當(dāng)困難。根據(jù)是否直接選取瞬態(tài)電感電流作為反饋和被控制量，主要分為間接電流控制和直接電流控制兩種[3235]。目前應(yīng)用較多的是三角波調(diào)試方式，根據(jù)不同的給定電流計(jì)算方法，主要有瞬態(tài)電流控制和預(yù)測(cè)電流控制等。在具體的算法實(shí)現(xiàn)上又有2個(gè)不同的種類(lèi)。當(dāng)控制矢量旋轉(zhuǎn)到下一個(gè)小區(qū)間時(shí)，又選中對(duì)應(yīng)區(qū)間的相應(yīng)電壓矢量，并以其對(duì)應(yīng)的狀態(tài)去驅(qū)動(dòng)功率開(kāi)關(guān)元件動(dòng)作……。這里我們將整個(gè)矢量圖分為六個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)又分為六個(gè)區(qū)域，如圖443所示。如果電容電壓不平衡，不僅會(huì)增大輸出電壓波形諧波含量，而且整流器中某些開(kāi)關(guān)管所承受的電壓會(huì)上升，降低裝置的壽命，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)器件和直流電容的損壞[3940]。電容值越小，波動(dòng)將越嚴(yán)重，所以電容值要盡可能大，但考慮到成本和制造工藝上耐壓等級(jí)的限制，電容值又不可能取得過(guò)大。 本章小結(jié)控制技術(shù)是PWM整流器發(fā)展的關(guān)鍵。與上述方法比較，增加了直流側(cè)中點(diǎn)電流方向檢測(cè)， 因此可實(shí)現(xiàn)能量雙向流動(dòng)的中點(diǎn)電位調(diào)整，而且不受功率因數(shù)影響。電力系統(tǒng)工具箱是一個(gè)基于圖形編程的電力系統(tǒng)仿真工具箱。圖53 PWM發(fā)生器仿真模型圖54 輸出端線(xiàn)電壓的波形圖圖55 輸出端線(xiàn)電壓的波形圖圖56 輸出端線(xiàn)電壓的波形圖圖57 輸出端a相相電流的波形圖圖58 輸出端b相相電流的波形圖圖59 輸出端c相相電流的波形圖 由輸出端電壓電流波形圖可知：電壓電流波形基本同相位，每相輸出電壓可以得到+、和0三個(gè)電平，每只開(kāi)關(guān)管的電壓應(yīng)力降低為輸入電壓的一半。（3） 在開(kāi)關(guān)頻率相同，電感電流脈動(dòng)和電容電壓脈動(dòng)也相同的情況下，儲(chǔ)能元件（包括電感和電容）比其原型電路大大減小。本論文的研究工作是在導(dǎo)師莊圣賢教授的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下完成的。感謝所有對(duì)本文提出過(guò)寶貴意見(jiàn)和對(duì)本文進(jìn)行評(píng)閱的老師們。我們之間的交流也加深了我對(duì)這方面知識(shí)的理解。對(duì)于航空電氣系統(tǒng)，其電網(wǎng)頻率為400Hz，如采用變頻交流電，頻率范圍將達(dá)到360800Hz，這時(shí)可采用BOOST TL變換器來(lái)構(gòu)成PFC變換器。因此該逆變器適用于高輸入電壓的場(chǎng)合。當(dāng)Q1和Q2導(dǎo)通、Q3和Q4截止時(shí)，A相得到+電平；當(dāng)Q1和Q2截止、Q3和Q4導(dǎo)通時(shí)，A相得到電平；當(dāng)Q2和Q3導(dǎo)通、Q1和Q4截止時(shí)，A相得到零電壓，定義為零電平。對(duì)所需注入零序電壓進(jìn)行準(zhǔn)確解析計(jì)算，并揭示了三電平中點(diǎn)電位完全可控區(qū)域。其基本思想是：由于在4 類(lèi)電壓矢量中，大電壓矢量和零電壓矢量對(duì)中點(diǎn)電位沒(méi)有影響；中電壓矢量雖然對(duì)中點(diǎn)電位有影響，但其冗余度為1，沒(méi)有選擇余地；小電壓矢量在中點(diǎn)處有電流流過(guò)，也即有能量流動(dòng)，因此他會(huì)帶來(lái)中點(diǎn)電位的不平衡。而變換器作為大容量電源，從電壓精度和電源本身功耗的角度出發(fā)，采用電阻強(qiáng)行分壓來(lái)平衡電容電壓是不可取的。三電平整流器中點(diǎn)電位與流經(jīng)中點(diǎn)的電流密切相關(guān)，因此可以通過(guò)調(diào)整它來(lái)調(diào)整直流側(cè)電容電壓的平衡。為了解決這個(gè)問(wèn)題，系統(tǒng)采用在扇區(qū)內(nèi)取電壓矢量“等效”的辦法來(lái)處理。三電平PWM 變頻器能輸出19種不同的基本空間電壓矢量。b相調(diào)制波與a相相差相位，其與b相載波之間的關(guān)系與上述關(guān)系相同，為減少高次諧波，b相載波需要偏離a相載波相位。由于單極性PWM調(diào)制比雙極性調(diào)制的諧波分量要小些，所以三電平多采用單極性調(diào)制。在這種控制方法中，通過(guò)運(yùn)算求出網(wǎng)側(cè)電流指令值，再引入網(wǎng)側(cè)電流反饋，通過(guò)對(duì)網(wǎng)側(cè)電流的直接控制而使其跟蹤指令電流值。第4章 PWM控制技術(shù)控制技術(shù)是PWM整流器發(fā)展的關(guān)鍵，近年來(lái)，相關(guān)研究緊緊圍繞以下幾方面的要求進(jìn)行：，即使網(wǎng)側(cè)電流，無(wú)畸變且與網(wǎng)側(cè)電壓，同相(或反相)，電網(wǎng)對(duì)整流電路只提供有功功率；，以減小對(duì)開(kāi)關(guān)管的損耗，增大其使用壽命；，即要求系統(tǒng)具有較好的動(dòng)態(tài)性能；，縮小直流側(cè)濾波器體積，減輕重量；，擴(kuò)大調(diào)制波的控制范圍。基于脈沖波形積分法，按照同樣的步驟可以對(duì)其它三電平DCDC變換器進(jìn)行統(tǒng)一建模。對(duì)于式(39)中各個(gè)變量，其采樣情況如圖38所示。需要指出，式(35)對(duì)，作線(xiàn)性近似處理后的結(jié)果，必須在條件下才能得到，PWM 型變換器通常能滿(mǎn)足這一條件。根據(jù)所示的4個(gè)子拓?fù)?，?gòu)成的負(fù)載輸出端結(jié)構(gòu)沒(méi)變，只有輸入端電壓源(兩個(gè)串聯(lián)的電壓源)在一個(gè)周期里發(fā)生了變化。模態(tài)3如圖34所示．當(dāng)時(shí)刻，控制回路使，導(dǎo)通，出現(xiàn)與模態(tài)1相同的工作過(guò)程。下面以圖31所示的Buck三電平DCDC變換器為例，闡明三電平DCDC變換器統(tǒng)一建模原理。（2）借鑒Buck變換器的推導(dǎo)思路，探討了一族TL變換器，并對(duì)6種非隔離的TL變換器進(jìn)行了改進(jìn)，分析了復(fù)合式全橋TL變換器。圖222，補(bǔ)充變壓器副邊整流濾波電路，可得到圖223。 TL變換器的改進(jìn)和簡(jiǎn)化如果Buck TL變換器的兩只開(kāi)關(guān)管同時(shí)開(kāi)通或關(guān)斷，那么輸出濾波器兩端的電壓波形與基本Buck變換器相同。如果開(kāi)關(guān)管的電流流入極與箝位電壓源的正極相連，那么箝位二極管的陽(yáng)極與箝位電壓源的中點(diǎn)相連，陰極與兩只開(kāi)關(guān)管的中點(diǎn)相連，從而構(gòu)成一個(gè)陽(yáng)極TL開(kāi)關(guān)單元；如果開(kāi)關(guān)管的電流流出極與箝位電壓源的負(fù)極相連，那么箝位二極管的陰極與箝位電壓源的中點(diǎn)相連，陽(yáng)極與兩只開(kāi)關(guān)管的中點(diǎn)相連，從而構(gòu)成一個(gè)陰極TL開(kāi)關(guān)單元。6． 對(duì)本文工作進(jìn)行了總結(jié)，同時(shí)，指出了對(duì)于本課題需要進(jìn)一步研究的方向。 　?。?）2009年德州和能工業(yè)自動(dòng)化有限公司推出了業(yè)界第一個(gè)三電平有源電力濾波器HESINE系列產(chǎn)品，并取得了巨大的成功。高的電壓跳變幅度對(duì)并網(wǎng)逆變器或有源電力濾波器帶來(lái)的是較高的紋波電流，為了抑制紋波電流，需要較大的輸出電感和濾波電容，由此帶來(lái)了較高的紋波電流損耗?！　。?）在這些TL變換器中，半橋TL變換器得到了極大的發(fā)展，很多學(xué)者提出了各種各樣的電路拓?fù)湟詫?shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管的軟開(kāi)關(guān)。因此，三電平變換器引起了廣泛關(guān)注，得到了長(zhǎng)足發(fā)展。為了提高低輸入電壓時(shí)的效率，可使PFC級(jí)的輸出電壓跟隨輸入電壓的變化而變化。1．1．3通訊電源最近十年來(lái)，隨著通訊技術(shù)的迅猛發(fā)展，通訊網(wǎng)絡(luò)日益復(fù)雜、先進(jìn)，各種業(yè)務(wù)層出不窮，通訊服務(wù)的要求越來(lái)越高[34]，因此對(duì)通訊系統(tǒng)的動(dòng)力組成部分，即通訊系統(tǒng)的動(dòng)力之源——通訊電源系統(tǒng)的體積、重量、效率以及動(dòng)態(tài)性能等提出了越來(lái)越高的要求。1．1．2國(guó)內(nèi)高速鐵路的快速發(fā)展隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，鐵路交通運(yùn)輸水平已經(jīng)成為滯后經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)重要因素。在此背景下，鐵道部提出按照“全面引進(jìn)技術(shù)，聯(lián)合設(shè)計(jì)生產(chǎn)，打造中國(guó)品牌”的原則，引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)、成熟、經(jīng)濟(jì)、適用、可靠的時(shí)速200公里動(dòng)車(chē)組的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)，滿(mǎn)足我國(guó)鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)和既有線(xiàn)提速旅客運(yùn)輸?shù)囊?，?shí)現(xiàn)我國(guó)鐵路動(dòng)車(chē)組制造業(yè)的現(xiàn)代化。這些要求推動(dòng)著通訊電源繼續(xù)朝高頻化、高效化、高功率密度化以及低成本方向發(fā)展[59]。即當(dāng)輸入電壓是90VAC時(shí)，輸出電壓被控制在200V，隨著輸入電壓的增加，輸出電壓也線(xiàn)性增加，當(dāng)輸入電壓達(dá)到最大值265VAC時(shí)，輸出電壓控制在400V。目前，三電平技術(shù)在已有的變換器中，均得到了良好的應(yīng)用。這些TL變換器可以歸納為兩類(lèi)：一類(lèi)是非隔離型TL變換器，另一類(lèi)是隔離型TL變換器，包括Forward、Flyback、推挽和半橋TL變換器[15]。用電壓等級(jí)較低的開(kāi)關(guān)管構(gòu)成電壓等級(jí)較高的變流器，隨著功率器件技術(shù)的不斷發(fā)展，市場(chǎng)上已經(jīng)有6500V的IGBT出售，但是耐壓越高的IGBT其開(kāi)關(guān)損耗越高，最高開(kāi)關(guān)頻率也變得比較低。同時(shí)由于輸出濾波電感電容也降低了電流響應(yīng)速度，或?qū)敵鲭娏鞯哪芰Ξa(chǎn)生了一定的限制。1．4本文所做工作本文以太陽(yáng)能電池、國(guó)內(nèi)高速鐵路、通訊電源的發(fā)展為背景，在廣泛查閱和分析國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者對(duì)三電平變換器的研究的基礎(chǔ)上，以電壓型三電平變換器拓?fù)錇檩d體，圍繞脈沖波形積分法建模、主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、系統(tǒng)控制策略等方面展開(kāi)了研究。第2章 三電平直流變換器的推導(dǎo)和簡(jiǎn)化本章以Buck TL變換器的推導(dǎo)思路推廣到所有直流變換器中，推導(dǎo)出Buck、Boost、BuckBoost、Cuk、Sepic和Zeta等6種非隔離的TL變換器，并分析了一種復(fù)合式全橋TL變換器。圖24為一個(gè)由陽(yáng)極TL開(kāi)關(guān)單元構(gòu)造的Buck TL變換器。但開(kāi)關(guān)方式的改變會(huì)帶來(lái)兩個(gè)分壓電容電壓不均衡的問(wèn)題。該變換器是一個(gè)全橋變換器，其中左邊的橋臂為三