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原文传递高频脉冲直流环节辅助逆变器输出性能优化与效率提升

论文题名：	高频脉冲直流环节辅助逆变器输出性能优化与效率提升
关键词：	辅助逆变器;输出性能;转换效率;高频脉冲直流;模型仿真;优化设计;轨道交通
摘要：	随着绿色智能轨道交通的快速发展，辅助逆变器作为保证列车稳定舒适运行的核心装备，在功率密度、输出性能、转换效率以及可靠性方面具有更高要求。本文针对辅助逆变器关键技术问题，围绕高频链电路拓扑、混合调制算法、输出性能优化与效率提升策略展开了深入研究与探讨，并通过联合仿真与样机实验验证了研究成果的正确性与可行性。　　围绕高频链电路拓扑，取消了传统高频链辅助逆变器的中间直流LC滤波环节，并在宽范围输入电压和变压器副边存在寄生振荡的条件下，采用三电平Boost-半桥组合方式，有效限制了整流输出电压尖峰，提高了系统功率密度、可靠性和寿命;针对三电平Boost变换器，采用脉冲相位延迟控制策略进行偏差电压调节，解决了占空比独立控制策略的耦合问题;采用基于电感电流纹波的建模方法，克服了传统状态空间平均建模法的局限性，实现了变换器的准确建模与分析;基于偏差电压增益特征系数，提出了最大偏差电压条件的分段拟合方法，确定了不同占空比区间相位延迟的边界条件，并对不同带宽的双环控制器进行优化设计，实现了输出电压和偏差电压的解耦控制。　　围绕输出性能优化，考虑到无中间直流滤波环节系统前后级的调制耦合问题，针对两种主流混合调制算法，分析了中间直流电压零区的不同作用;在零区效应分析过程中，建立了输出电压在载波周期内的平均数学模型与偏差电压在调制波周期内的傅里叶解析数学模型，得到了不同前后级载波频率差异、零区宽度和调制度对于输出电压谐波特性、直流电压利用率和直流偏置的作用规律;基于输出电压平均数学模型，提出了一种调制波分段补偿策略，在限定调制度区间改善了系统输出性能;基于零区的作用机理，提出了一种限定条件下的载波移相混合调制算法，在满足半桥变换器软开关的同时，实现了高品质波形输出;揭示了输出电压谐波特性变化规律，确定了系统前后载波频率设计原则;基于阻抗匹配理论，研究了中间直流滤波环节的取消对于系统输出滤波性能的影响。　　围绕效率提升，建立了三电平Boost变换器损耗模型，确定了损耗与整流输出电压尖峰双约束下的电压增益最优边界，提出了一种基于输入电压前馈补偿的效率提升策略，在列车全运行周期内提高了转换效率;基于中间直流环节电流脉动特性，针对两种混合调制算法分别提出了零矢量同步软开关控制策略与有源钳位零电流软开关实现方法，给出了各自实现的约束条件，有效降低了半桥变换器的开关损耗并钳位了整流输出电压尖峰;提出了一种零序分量连续可调的改进型广义不连续脉宽调制算法，基于开关损耗函数与死区效应的损耗分析方法，实现了三相电压源逆变器全功率范围最小损耗，以调制增益与谐波特性为约束，确定了整体性能优良的调制度边界条件。
作者：	杜会卿
专业：	电气工程
导师：	刘志刚
授予学位：	博士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文