大功率高压变频器的设计与应用开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

我国工业用电是社会用电主要构成部分,高压电机在国内应用极为广泛,主要拖动风机、泵类、压缩机及其他大型机械,是工矿企业的主要动力。而现阶段我国电机系统运行效率低,能耗高,致使设备长期运行在低负荷状态,因此电机系统节能势在必行。变频调速成为现阶段最有效的电机节能设备。随着现代电力电子技术及计算机控制技术的迅速发展，促进了电气传动的技术革命。交流调速取代直流调速，计算机数字控制取代模拟控制已成为发展趋势。交流电机变频调速是当今节约电能，改善生产工艺流程，提高产品质量，以及改善运行环境的一种主要手段。变频调速以其高效率，高功率因数，以及优异的调速和启制动性能等诸多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。 以前的高压变频器，由可控硅整流，可控硅逆变等器件构成，缺点很多，谐波大，对电网和电机都有影响。发展起来的一些新型器件将改变这一现状，如igbt、igct、sgct等等。由它们构成的高压变频器，性能优异，可以实现pwm逆变，甚至是pwm整流。不仅谐波小，功率因数也有很大程度的提高。

高压大功率变频器是近年来电力电子行业的研究热点。经过20多年的发展,其拓扑结构出现 了多种形式,归纳起来主要有以下几种: 多管直接串联两电平型、二极管钳位型、飞跨电容型和单元级联型等。多管直接串联两电平型拓扑结构需要解决功率器件的动态均压问题; 二极管钳位型拓扑结构需要大量的钳位二极管;而飞跨电容型拓扑结构则需要很多钳位电容。它们共同存在导通负荷不一致和中间直流电压中性点偏移问题,并且随着输出电平数目的增加其控制策略将越来越复杂,一般只限于三电平或五电平的研究。

近年来，一种适合于高压变频装置的新型多电平变换器拓扑结构——模块化多电平变换器(modular multilevel converter,mmc)被提出，mmc通过子模块的级联可以很方便地拓展到高电压等级，并实现多电平输出。通过将mmc连接成背靠背的形式，并共用直流母线，可形成交流—直流—交流的变频调速结构。输入侧为基于mmc的整流器，通过合理控制，可以提高网侧功率因数，降低电流谐波畸变率；输出侧为基于 mmc的逆变器，驱动电机变频调速，其输出电压谐波畸变率小，du／dt小，可以减小电 机的谐波损耗和绝缘损害。通过合理控制可以保证mmc的子模块电容电压在一定范围内，从而无需庞大、笨重的多重化移相变压器给每个子模块供电。此外，mmc由全控型器件组成，装置可以驱动电机四象限运行。因此，基于mmc的高压变频装置在提高 网侧电能质量、机侧驱动性能以及降低装置体积、成本等方面具有明显优势。

2. 研究的基本内容与方案

研究的基本内容

本文首先根据mmc的拓扑结构分析了子模块的工作状态，建立了mmc的等值电路，介绍了mmc的调制方法，给出了基于mmc的高压变频装置的拓扑结构。给出装置主电路参数的选取方法，使用matlab软件搭建了基于mmc的高压变频装置的仿真模型进行仿真。

1.学习大功率高压变频器的应用及mmc关键技术；

3. 研究计划与安排

4. 参考文献（12篇以上）

主要参考文献：

【1】spichartz m，staudtv，steimel a．analysis of themodule—voltage fluctuations of the modular multilevelconverter at variable speed drive applications[c】．proc．of the 1 3th international conference on optimization ofelectricaland electronic equipment．brasov：optim，2012．751-758

【2】konstantinou g s，ciobotarum，agelidis v g．operation of amodular multilevel converter withselective harmonic elimination pwm[c】．proc．of the ieee 8th internationalconference on power