《ACDC变换技术》课件.pptVIP

*************************************多电平变换器技术概念与特点多电平变换器能够产生三个或更多电平的输出电压，而非传统两电平变换器的高/低两种状态。其主要特点是降低了器件的电压应力，改善了输出波形质量，减少了电磁干扰和滤波需求。基本类型常见的多电平变换器包括二极管钳位型、飞电容型和级联H桥型三种基本拓扑结构。近年来，模块化多电平变换器（MMC）成为高压大功率应用的主流解决方案。应用场景多电平技术主要应用于中高压大功率场合，如高压直流输电（HVDC）、大功率电机驱动、可再生能源并网等领域。随着技术发展，多电平技术也开始向中小功率应用延伸。三电平变换器电路拓扑三电平变换器是最基本的多电平变换器，典型结构如中点钳位型（NPC）三电平变换器，由四个开关管和两个钳位二极管组成。输出特性相比传统两电平变换器，三电平变换器输出电压波形更接近正弦波，谐波含量更低，开关器件的电压应力减半，大大降低了对器件耐压的要求。实际应用三电平技术广泛应用于中压大功率变频器、光伏逆变器、电动汽车充电桩等场合，成为连接两电平技术和高级多电平技术的重要桥梁。模块化多电平变换器（MMC）结构特点MMC由多个相同的子模块串联组成，每个子模块通常是一个半桥或全桥电路，配合一个储能电容。通过控制各子模块的导通状态，合成阶梯状输出电压波形。工作原理MMC的子模块可以投入或旁路，当投入时为电路增加一个电压级；当旁路时不影响输出电压。通过控制投入的子模块数量，可以灵活合成多级电压波形。技术优势可实现非常高的电压等级，无需器件串联；输出波形质量优异，谐波极低；结构模块化，便于扩展和维护；可靠性高，具有故障容错能力。应用领域主要应用于高压直流输电（HVDC）、大功率静止无功补偿器（STATCOM）等高端电力电子系统，是电网与可再生能源互联的关键技术。数字控制技术在ACDC变换中的应用数字控制技术正逐步取代传统模拟控制，成为ACDC变换器的主流控制方式。与模拟控制相比，数字控制具有灵活性高、可靠性好、易于实现复杂控制算法、参数调整方便等优势。常用的数字控制器包括通用DSP（数字信号处理器）、专用电源控制器、FPGA（现场可编程门阵列）和通用MCU（微控制器）等。数字控制技术使得自适应控制、多模式切换、通信功能和智能管理等高级特性成为可能，大大提升了ACDC变换器的性能和功能。PWM控制策略基本原理脉宽调制（PWM）是电力电子变换器最基本的控制方式，通过改变开关管的导通占空比来调节输出电压或电流。在ACDC变换器中，PWM控制可实现输出电压调节、功率因数校正和电流波形整形等功能。PWM生成方式传统方法是通过比较三角载波和调制信号生成PWM波形，数字实现时常用计数器比较法。高频应用中可采用硬件PWM模块或FPGA实现，以确保精确的时序控制和足够的分辨率。先进PWM技术现代ACDC变换器中广泛应用变频PWM、随机PWM、分段PWM等先进技术，以优化谐波分布、减少EMI和提高系统性能。多电平变换器还采用特殊的PWM策略，如相移PWM、电平移位PWM和空间矢量PWM等。电流模式控制峰值电流控制基于开关电流峰值与参考值的比较，具有响应速度快的特点，但存在次谐波振荡问题。1平均电流控制以开关电流平均值为控制目标，避免了次谐波振荡，控制精度高，但需要更复杂的补偿网络。2谷值电流控制基于开关电流谷值的控制方式，适用于某些特定应用场景，具有独特的动态特性。3滞环电流控制将电流控制在上下限范围内，实现简单，响应快速，但开关频率不固定，EMI设计困难。4电压模式控制1基本原理电压模式控制是以输出电压为主要控制对象，通过电压反馈环路来调节PWM占空比，从而稳定输出电压。2控制结构典型结构包括电压采样、误差放大、补偿网络和PWM比较器。补偿网络设计是确保系统稳定性和动态响应的关键。3特点与应用结构简单，易于设计和分析，但电流不受直接控制，对负载和输入变化的响应较慢，过流保护需要额外电路。4数字实现数字电压模式控制可通过软件实现复杂的补偿算法，提高系统灵活性，便于参数自适应调整和多模式切换。预测控制技术概念定义预测控制是基于系统模型，预测未来输出行为，并通过优化算法选择最优控制动作的一类先进控制策略。工作原理利用系统数学模型，在每个控制周期预测多个未来时刻的系统状态，根据预定义的性能指标选择最优控制序列。主要优势可处理多变量控制问题，直接考虑系统约束，适应性强，控制性能优异，特别适合具有时滞和非线性特性的系统。应用挑战需要准确的系统模型，计算复杂度高，对处理器