【多電平注入式電流源型變換器拓撲結構分析4100字】

多電平注入式電流源型變換器拓撲結構分析目錄TOC\o"1-3"\h\u1390多電平注入式電流源型變換器拓撲結構分析 1165541.1三相十二脈波變換器 194371.1.1十二脈波變換器的結構及工作原理 1302021.1.2十二脈波變換器的電流諧波分析 228701.1.3十二脈波變換器仿真分析 4278361.2五電平注入式電流源型變換器 6296121.1.1理想注入電流分析 6283581.1.2五電平注入式電流源型變換器設備的運行原理和結構形式 7221211.1.3仿真分析FLCR-CSC 8150041.3小結 10比對分析直流側儲能模塊，可以發現在電力電子變換器中使用的類型并不完全相同，基于這個類型的區別可以將其分為兩種情況，一種是電流型變換器，還有一種是天然型變換器。實際上，對于電流源型變換器設備的應用是不多的，這主要是由于其內部的直流電感效率較低導致的，限制了其發展和推廣。目前，由于電壓源型變換器的使用成本比電流源型變換器要低，并且性能更加優良，所以在很多的應用中，會更多的采取電壓源型的變換器設備。兩種類型的設備相互之間是具有許多共同點的，并且在結構組成上，可以分析體現出對偶關系。1.1三相十二脈波變換器1.1.1十二脈波變換器的結構及工作原理現階段，隨著電子科技的不斷發展，技術水平得到了很好的提升。尤其是其發展方向，也向著更加廣闊的角度拓展，通過梳理可以發現，一種是大功率高電壓的方向，另外一種是大電流低電壓方向。并且對于其后者進行分析可以發現，當其中的電壓等級以及功率等級上升以后，那么對應的結果也會趨于嚴重，在這個過程中可以使用多脈波變換技術，通過這項技術可以有效的減少變換器諧波對于電網產生的干擾，其原理是減少變換器自身的諧波。十二脈波變換器[20]是由并聯或串聯的兩組三相橋構成的，是一種多脈搏變換技術的常用結構。所以其中的結構形式是是一種并聯的兩組三相橋的結構，見圖2-1。圖2-1電路結構（十二脈波變換器設備）Fig.2-1Circuitstructure(12pulseconverterequipment)參考上圖所示，在這次設計方案中使用的是三相三繞組變壓器，并且針對這個變壓器進行了特殊的設計，利用星形的方式連接A、B、C三相繞組，此時在副邊三相繞組位置，會有兩個繞組在各個相中a1、a2、b1、b2、c1、c2,其中a1、b1、c1三個繞組接成星形（下文統稱為Y1.1.2十二脈波變換器的電流諧波分析在設備中，繞組D和繞組Y的函數關系為[21]：iYaiDa分析的過程中把其中的直流側電流IYdc(ωt)和IYdcIDdc通過上述的計算過程可以發現，函數iDaωt為一種奇函數的形式，并且其傅氏級數方程中的弦項的數據大小是0，在這種情況下其中只有正弦項。因此i經化簡可得iDan將式2-3代入2-5可得I經化簡可得IdcDanIcosDanIsinDan通過下面的公式可以表示變壓器二次側Y接線繞柱的正弦項系數i經化簡可得iYan其中IdcYanIcosYanIsinYan變壓器D接副邊繞組電流正弦項系數iDanωt中，包含的向量一共有三個，并且各自對應著相應的傅氏系數，比如IcosDan對應BDmsinmωt，IsinDan通過對于式2-6計算得到，在設備中所包含的直流區域，其表現出的諧波是按照n=6k±1的次數。此外，而頻率ADmcosmωt和IIcosDan對于上述計算方程分析可知，在諧波次數上，IcosDan和IdcDan是完全一致的，也就是說，如果m等于6p，那么此時在iDaωt中的一些諧波會降低，一些會提高。其中對于副邊電流諧波的消除難度上升，主要的原因是IsinDan包含的諧波次數是奇數，所以在其中注入的電流中應該排除正弦分量。同理，iYanωt的三個分量IdcYan、IsinYan、IcosYan里面，IdcYan所體現出的諧波共計n=6k±1的次數。對于上述計算方程分析可知，在諧波次數上，IcosYan和1.1.3十二脈波變換器仿真分析這個章節主要的內容是對于12脈波變換器進行仿真，仿真過程中使用的軟件是PSCAD，通過仿真可以進一步確認其中的的電路設計的有效性。相關參數數據可以見表2-1。表2-1仿真相關參數數據（十二脈波變換器設備）Tab.2-1Simulationrelatedparameterdata(12pulseconverterequipment)設備參數參數值觸發角變壓器變比網側線電壓平衡電抗器變壓器容量30°10:1:10kV0.2H1MVA相關的波形圖以及相位關系內容如下：圖2-2移相變壓器副邊輸出電流波形以及網側A相電壓電流相位Fig.2-2Theoutputcurrentwaveformofthesecondarysideofthephase-shiftingtransformerandthephaseofA-phasevoltageandcurrentonthegridside對于其中的圖2-2進行分析，可以明確其中的Ia主要由兩部分疊加組成，一部分是iYa，還有一部分是iDa。從圖中還可以分析發現Ia相比于電壓存在之后，大小為Ua30°，這個數據和其中設置的觸發角保持一致。針對其中的網側A相電流進行分析，從相關數據來看，一個周期中脈動數是圖2-3網側電流Ian頻譜情況（三相十二脈波變換器設備）Fig.2-3Ianspectrumofgridsidecurrent(threephasetwelvepulseconverterequipment)通過上圖內容分析能夠發現，其諧波的分布狀態與上文的分析基本一致。在我國，國網公司的相關文件發布過相關的技術參數標準，通常情況下10kV電壓等級的系統，其表現出的諧波應該達到THD≤4%的標準，但是該十二脈波變換器設備的參數，遠遠超過了國標的范圍。從這個意義上講，其諧波畸變率參數是不符合要求的，無法將其并網。1.2五電平注入式電流源型變換器1.1.1理想注入電流分析利用傅氏分析的研究方式，測試十二脈波變換器網側電流狀態，可以發現，所呈現出的電流諧波是比較高的，不滿足并網標準。因此，就應該對于其中的直流側進行注入電路操作，這種方式的目的是確保網側的電流脈動數參數能夠得到有效提升，使其更加貼合正弦波的形態[22]。通過前文的分析了解到，應該滿足一定的注入電路的田間，才能夠有效降低電流的諧波含量。具體內容為[23]：（1）要將工頻參數值的六倍設定為注入電路頻率值。（2）在系統中，不允許出現具有IsinYan以及I首先，設定成工頻參數值的六倍，是為了更好地實現變換器交流側的電流諧波的有效消除。其次，在電流諧波消除過程中，不允許出現偶次諧波，會具有較大的影響作用。將電流波形注入直流側，應該滿足如下幾點[24]：（1）要確保三相橋換流時刻與注入電流的零點時刻是相同的[25]。（2）要確保電流注入后，產生的直流量紋波不宜過大。（3）對于波形分布上，各個位置的導數值應處于合理范圍內。所以，一個完美的注入波形，應該滿足一定的條件，可以見圖2-4。圖2-4注入電流波形的最優狀態Fig.2-4Optimalstateofinjectioncurrentwaveform實際上，在具體的應用實踐過程中，是無法達到最理想的狀態的，也就是不能得到三角波形。所以，只能通過各種優化設計，將波形盡可能逼近理想化的三角波形。本文研究與設計中，在諧波注入方面采取了多電平階梯波的方式。1.1.2五電平注入式電流源型變換器設備的運行原理和結構形式在電力系統設備運行中，通常是需要確保高質量的波形狀態，但是以往的三相十二脈波變換器設備滿足不了這方面的標準，就需要將諧波電流注入其中，從而達到標準要求。在諧波注入時，波形的形態會因為各種因素的影響，無法達到最理想的狀態，只能夠通過相關的措施，盡可能逼近理想波形。本文研究采用的是把形成恒定直流輸出的D橋以及Y橋直流側注入電流，同時依托多電平階梯波的方式來完成[26]。多電平階梯波需要滿足如下標準：（1）需要具有一致的高度和寬度值。（2）過零點位置要確保具有足夠寬的波形。要滿足這些標準的前提下，才能使得設備運行具有足夠的可靠性以及穩定性。一般情況下，會利用電流波形注入的方式來實現諧波的有效消除。這個章節將會對于電流源型變換器（FLCR-CSC）進行仿真，分析選擇的類型是五電平注入式。具體的情況可以參考圖2-5。圖2-5電路結構（FLCR-CSC）Fig.2-5Circuitstructure(flcr-csc)和十二脈波變換器設備不同的是，FLCR-CSC具有額外的4個注入支路[27]，并且是由單抗器和逆阻型全控開關器件所構成。需要使得變壓器設備的兩副邊繞組能夠具有相同的數據，一個是輸出電壓，還有一個是輸出電流。要確保AG1、AG2、AG3、AG4和BG1、BG2、（1）要具備300Hz的開關頻率參數。（2）為了讓兩三相橋直流側的電流波形有零值區間周期性的變化，可以利用注入支路開關的觸發脈沖的組合來實現。（3）處于一定的時長范圍內，注入支路中的全部開關能夠遍歷各個開關的運行狀態。（4）AG1?A上述條件都是確保系統可以穩定運行的重要標準。1.1.3仿真分析FLCR-CSC本文還對于FLCR-CSC的運行機理進行了模擬仿真處理，利用了常用的PSCAD程序，具體的仿真參數數據可以見表2-2。表2-2仿真分析FLCR-CSC參數Tab.2-2Simulationanalysisofflcr-cscparameters設備參數參數值觸發角變壓器變比網側線電壓平衡電抗器電感量變壓器容量30°1010kV0.1H1MVA設備中的各個參數波形分布狀態可以見圖2-6：圖2-6移相變壓器副邊電流以及網側A相電流電壓Fig.2-6Secondarysidecurrentofphaseshiftingtransformerandphaseacurrentandvoltageofgridside由圖2-6可以看出，與原有十二脈波變換器的網側電流進行比較發現，其波形分布和正弦波是十分接近的。FLCR-CSC網側電流Ia的諧波波形狀態見圖2-7圖2-7