直流环节谐振型逆变器及其控制方法关键技术研究

Modern power electronics integration requires the main power drive circuit to be small size and high efficiency. Increasing the inverter''s switching frequency can effectively reduce the values of capacitors and inductors, which storage energy and filte harmonics. Thereby significantly reducing the volume of inverter. Soft-switching inverter can improve the switching frequency while maintaining the high efficiency of the inverter. This project research the DC link resonant inverter circuit and its control method to achieve high frequency and high efficiency of the inverter. Firstly, research the relationship between the DC link zero voltage notch period and the circuit parameters and loads conditions by equivalent circuit model of resonant circuit. Then, research the synchronization control matching between the zero voltage notch with inverter''s switches. Thirdly, research the new control method by shift the traditional space vectors and add the complementary space vectors. this method can reduce the times of the DC link zero voltage notch and reduced inverter''s harmonic. The objective of this research is to establish the equivalent model of resonant circuit, to analyze the theory and harmonic analysis of the shifted soft-switching SVPWM method, and to provide theoretical analysis model and application guidance to DC link resonant inverter circuit and its control method.

现代电力电子与电力传动系统集成要求主传动电路体积小，效率高。提高开关频率可有效减小储能及滤波电容、电感，从而显著减小体积。软开关逆变电路能在提高逆变电路开关频率的同时保持传动电路高的效率。本项目研究直流环节谐振型逆变电路及其控制方法理论，实现逆变器的高频率和高效率。具体通过建立在不同负载情况下的等效电路模型，研究直流环节零电压凹槽的时间段与电路参数及负载之间的关系。通过同步控制，实现零电压凹槽与逆变器主电路软开关过程的配合。将传统的空间矢量进行移相及增加互补的空间矢量对，形成新的移相控制矢量，这种方法可以减少逆变器所需的直流环节谐振次数，提高软开关逆变器的工作频率及减小谐波。本研究主要目标是建立谐振电路等效模型，分析电路软开关条件以及研究新型软开关SVPWM方法的原理与谐波分析。对实现直流环节谐振型的软开关逆变电路及其控制方法提供理论分析模型与应用指导。

在小功率光伏新能源应用领域，采用新型碳化硅功率器件与软开关逆变电路，可以使主电路体积小，效率高。提高开关频率可有效减小储能及滤波电容、电感，从而显著减小体积。软开关逆变电路能在提高逆变电路开关频率的同时保持传动电路高的效率。.本文研究使用碳化硅开关管的逆变器以及直流环节谐振型逆变器，实现逆变主电路工作的高频率和高效率。建立了碳化硅功率晶体管基于半导体物理的数值仿真模型和与电路分析仿真模型，解决了影响碳化硅器件高速开关的由寄生参数导致的开关震荡及驱动电路的优化问题。详细阐述了碳化硅功率器件的驱动电路模型及驱动电路设计。同时，通过研究适合直流谐振环节逆变器的新型移相空间矢量调制方法，减少了一个主电路开关周期内辅助谐振电路的谐振次数，提高了软开关逆变器的工作频率。建立了谐振电路等效模型，讨论了软开关边界条件，对方法进行了FFT与谐波分析和LC集成滤波器设计。最后对基于应用于新能源光伏的软开关变换器器进行了实验研究，建立了实验平台，对软开关逆变器与硬开关三相逆变器的开关损耗，工作效率和LC滤波进行了对比研究，并对实验结果进行了分析、总结，系统结论验证了基于碳化硅器件的电压型软开关逆变器原理与设计的正确性。报告最后总结了全文的工作，展望了基于碳化硅器件以及电压型软开关逆变器理论研究与应用领域中有待进一步研究的工作，进而提出了下一步的重点研究方向。