Многоуровневые полупроводниковые преобразователи с параллельным включением для активных фильтров и систем накопления энергии

• Автор: Дыбко, Максим Александрович
• Шифр специальности: 05.09.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 204 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ

1.1 Предпосылки применению энергосберегающих устройств силовой электроники в электроэнергетике

1.2 Элементная база полупроводниковых преобразователей

1.3 Топологии преобразовательных устройств для электроэнергетики

1.4 Способы управления преобразовательными устройствами для нужд электроэнергетики

1.5 Актуальные проблемы преобразовательных устройств для нужд электроэнергетики

1.6 Постановка задач исследований

2 РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ НА БАЗЕ ПРАЛЛЕЛЬНОГО СОЕДИНЕНИЯ МП
2.1 Исходные положения анализа электромагнитных процессов в ПУ
2.2 Математическое описание алгоритма скалярного способа ШИМ для трехфазного трехуровневого преобразователя
2.3 Математическое описание векторного способа ШИМ для трехфазного трехуровневого преобразователя
2.4 Математическое описание фазных напряжений и токов
2.5 Математическое описание токов силовых полупроводниковых приборов
2.6 Математическое описание звена постоянного тока
2.7 Особенности формирования математической модели при расчете динамических потерь в силовых полупроводниковых приборах ПУ
2.8 Особенности формирования математической модели при параллельном соединении преобразователей
2.9 Выводы по главе

3 РАСЧЕТ И АНАЛИЗ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
3.1 Оценка качества фазного ступенчатого напряжения и тока
3.2 Расчет и анализ коммутационных уравнительных токов
3.3 Расчет и анализ КПД
3.4 Анализ тока средней линии
3.5 Выводы по главе
4 ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА НА БАЗЕ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ МНОГОУРОВНЕВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ В АКТИВНОМ ФИЛЬТРЕ
4.1 Описание имитационной модели №
4.2 Результаты моделирования
4.3 Имитационная модель №
4.4 Результаты моделирования
4.5 Выводы по главе
5 ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ВЕРИФИКАЦИИ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ РЕЗУЛЬТАТОВ
5.1 Описание экспериментальной установки №
5.2 Проведение эксперимента по верификации математических моделей
5.3 Описание экспериментальной установки №
5.4 Проведение эксперимента
5.5 Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ
ЭЭ - электрическая энергия;
ПКЭЭ - показатели качества электрической энергии СНЭ - система накопления электроэнергии;
АФ - активный фильтр;
СТАТКОМ - статический компенсатор;
ЭМС - электромагнитная совместимость;
БР - буферный реактор;
УР - уравнительный реактор;
МП - многоуровневый преобразователь;
АБ - аккумуляторная батарея;
СК - суперконденсатор;
СИП - силовые полупроводниковые приборы;
ЗПТ - звено постоянного тока;
АИН - автономный инвертор напряжения;
АВН - активный выпрямитель напряжения;
ИН - инвертор напряжения;
ВШИМ - векторная широтно-импульсная модуляция;
КСК - комбинации состояний ключей
СШИМ - скалярная широтно-импульсная модуляция;

логику управления. Избыточная система управления более сложна, требует больше каналов обмена данными между логикой управления каждого из преобразователей. Однако, такая система обладает более высокой надежностью, по сравнению с не избыточной системой, поскольку при выходе из строя ведущего преобразователя избыточная система управления автоматически переназначает его функции на другой ПП [103].
Система управления параллельными ПП распределенного типа (англ. Current/Power Sharing Control) подразумевает формирование сигналов задания на напряжения и токи для всех ПП. При этом мощность ПУ распределяется, как правило, поровну между всеми полупроводниковыми преобразователями [42-46,103]. Распределенный способ управления параллельными ПП может быть двух типов:
1. Синхронный;
2. Асинхронный.
Первый тип подразумевает синхронную подачу импульсов управления на соответствующие ключи всех полупроводниковых преобразователей. На выходе каждого из параллельных ПП формируется одинаковое напряжение. Такой способ управления не является эффективным, поскольку позволяет лишь повысить суммарную мощность без повышения качества выходного напряжения всего ПУ, поэтому широкого распространения не получил. Асинхронное управление параллельными ПП подразумевает наличие заданного фазового сдвига между импульсами управления соответствующих силовых ключей полупроводниковых преобразователей, что позволяет повысить не только мощность ПУ, но и качество его выходного напряжения. В этой связи асинхронное управление является более эффективным, однако, имеет и некоторые недостатки. Из-за несинхронности управляющих импульсов мгновенные значения выходных напряжений 1111 могут принимать разные значения в одни и те же моменты времени, что приводит к возникновению уравнительных токов (УТ). В некоторых из ранее рассмотренных топологий ПУ эта проблема решается добавлением трансформаторов между ПП.