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研究生: 黃雅夫
Ya-Fu Huang
論文名稱: 具改善電流不平衡之三相三階交流直流轉換器
Three-phase Three-level AC-DC Converter with Current Unbalance Improvement
指導教授: 楊宗銘
Chung-Ming Young
口試委員: 劉益華
Yi-Hua Liu
羅一峰
Yi-Feng Luo
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電資學院 - 電機工程系
Department of Electrical Engineering
論文出版年: 2020
畢業學年度: 108
語文別: 中文
論文頁數: 129
中文關鍵詞: 電網電壓不平衡三相交流電壓交錯點寬度三相三階二極體箝位整流器單位功因控制器
外文關鍵詞: Unbalanced Grid Source, Width of The point of Intersection in Three-phase Nonideal Power Grids, Three-phase Three-level Neutral Point Clamped rectifier, Unity Supply Power Factor
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  • 本文主旨在建構一於不理想電源下具有改善電流不平衡功能之三相三階交流直流轉換器,文中建構電路數學模型,推導直流側平均電流,證實輸入電流不平衡使直流輸出電壓漣波振幅擾動愈加嚴重。為有效改善此情形,進而提出一調變控制策略,本文分析各種三相不理想電源交錯點寬度,並依據寬度差異於控制迴路中加入一補償迴授變數,修正三相輸入電流命令,以補償不平衡電壓的影響,產生高電力品質之輸入電流,達成三相輸入電流不平衡度修正、直流側輸出電壓調控、單位功率因數以及中性點電位補償。
    控制系統使用MATLAB/SIMULINK模擬軟體進行模擬,並實作一直流輸出電壓750伏特、輸出功率2千瓦三相三階交直流轉換器供系統驗證使用,控制核心採用德州儀器公司所生產數位訊號處理器TMS320F28069作數位控制器進行實驗。模擬與實測結果證實本論文正確及可行性,其改善效果以功率因數、三相電流不平衡度表示。

    關鍵字:電網電壓不平衡、三相交流電壓交錯點寬度、三相三階二極體箝位整流器、單位功因控制器


    This thesis proposed a method for improving the current unbalance of a three-level AC/DC converter under unbalanced ac source. A mathematical model of the average current at the DC side is build. It is known that the unbalanced ac current will impose more interference to DC output voltage ripples. To address this problem, this study proposed a modulation control strategy to analyze the widths among the intersection points of the unbalanced ac source voltage. According to the discrepancy of the widths, a compensating variable was added into the control circuit to generate suitable three-phase input current commands. The proposed method is able to compensate the unbalance three-phase ac currents, regulate the output DC voltage, obtain unit power factor, and balance the neutral point potential.
    The control scheme of this thesis is verified by using MATLAB/SIMULINK simulation software. A 750VDC/2kW three-phase three-level AC-DC converter was established for testing. The results obtained by simulation and practical testing demonstrate the correction and validity of the proposed method.

    Keyword:Unbalanced Grid Source, Width of The point of Intersection in Three-phase Nonideal Power Grids, Three-phase Three-level Neutral Point Clamped rectifier, Unity Supply Power Factor

    摘要 I Abstract II 致謝 IV 目錄 V 圖目錄 VII 表目錄 XI 第 一 章、 緒論 1 1.1 研究背景與動機 1 1.2 系統描述與研究方法 2 1.3 內容大綱 4 第 二 章、 三相三階二極體箝位整流器介紹 5 2.1 前言 5 2.2 三相三階二極體箝位整流器基本電路架構 5 2.3 三相三階二極體箝位整流器開關工作模式 6 2.4 整流器電路元件設計 10 2.4.1 整流器交流側之電感Ls 設計 10 2.4.2 整流器直流側之電容C1、C2 設計 13 2.5 直流側平均電流(i_p ) ̅數學關係式推導 14 第 三 章、 三相不理想電源對三相三階二極體箝位整流器影響 19 3.1 前言 19 3.2 三相不理想電源其振幅與諧波規範 19 3.2.1 不理想電網電壓 19 3.2.2 不理想電網電壓含諧波 20 3.3 三相不理想電源與三相輸入電壓交錯點寬度特性分析 24 3.4 三相輸入電壓交錯點徑度公式推導 30 3.5 三相不理想電源含五次諧波其交錯點寬度分析 32 第 四 章、 硬體架構與軟體規劃 34 4.1 前言 34 4.2 硬體規劃 34 4.2.1 三相三階二極體箝位整流器主電路架構 34 4.2.2 功率開關驅動電路 35 4.2.3 交流電壓感測電路 36 4.2.4 交流電流感測電路 37 4.2.5 直流電壓感測電路 37 4.3 軟體規劃 38 4.3.1 系統主程式與中斷副程式流程圖 39 4.3.2 三相輸入電流不平衡功率因數改善副程式流程圖 41 第 五 章、 模擬與實測 43 5.1 前言 43 5.2 三相三階二極體箝位整流器電路模擬 43 5.2.1 三相振幅不平衡電源其模擬補償效果 46 5.2.2 三相三階二極體箝位整流器暫態測試 58 5.2.3 三相三階二極體箝位整流器負載擾動測試 64 5.2.4 三相不理想電源含五次諧波其補償效果分析 67 5.3 三相三階二極體箝位整流器電路實測 70 5.3.1 三相振幅不平衡電源其實測補償效果 70 5.3.2 三相三階二極體箝位整流器暫態測試 82 5.3.3 三相三階二極體箝位整流器負載擾動測試 88 5.3.4 三相不理想電源含五次諧波其補償效果分析 92 第 六 章、 結論與未來方向 95 6.1 結論 95 6.2 未來方向 95 附錄A 96 附錄B 102 參考文獻 111

    [1] N. Langer and A. H. Bhat, "Performance evaluation of three-phase, neutral-point clamped bi-directional rectifier for supply and load perturbations," in IET Power Electronics, vol. 8, no. 2, pp. 165-174, 2 2015, doi: 10.1049/iet-pel.2013.0727.
    [2] A. H. Bhat and P. Agarwal, "An Improved Performance Three-Phase Neutral-Point Clamped Rectifier with Simplified Control Scheme," 2006 IEEE International Symposium on Industrial Electronics, Montreal, Que., 2006, pp. 1019-1024.
    [3] J. Rodriguez, S. Bernet, P. K. Steimer and I. E. Lizama, "A Survey on Neutral-Point-Clamped Inverters," in IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 57, no. 7, pp. 2219-2230, July 2010.
    [4] Bor-Ren Lin, Yung-Chuan Lee and Tsung-Yu Yang, "Implementation of a three-phase high-power-factor rectifier with NPC topology," in IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, vol. 40, no. 1, pp. 180-189, Jan. 2004.
    [5] 楊磊,「基於向量控制的三相電壓型三階PWM整流器研究」,碩士學位論文,北京交通大學,2012。
    [6] 王硕,「三相電壓型三電平PWM整流器的研究」,博士學位論文,北京交通大學,2015。
    [7] 林祐辰,「三相三階二極體箝位整流器考慮電網電壓不平衡之單位功因控制器研製」,碩士學位論文,國立臺灣科技大學,2017。
    [8] Bor-Ren Lin, Yung-Chuan Lee and Tsung-Yu Yang, "Implementation of a three-phase high-power-factor rectifier with NPC topology," in IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, vol. 40, no. 1, pp. 180-189, Jan. 2004.
    [9] Y. Zhang, J. Li, X. Li, Y. Cao, M. Sumner and C. Xia, "A Method for the Suppression of Fluctuations in the Neutral-Point Potential of a Three-Level NPC Inverter With a Capacitor-Voltage Loop," in IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 32, no. 1, pp. 825-836, Jan. 2017.
    [10] A. D. Rodriguez, F. M. Fuentes and A. J. Matta, "Comparative analysis between voltage unbalance definitions," 2015 Workshop on Engineering Applications - International Congress on Engineering (WEA), Bogota, 2015, pp. 1-7.
    [11] IEEE Recommended Practice for Electric Power Distribution for       Industrial Plants," in IEEE Std 141-1993 , vol., no., pp.1-768, 29 April 1994
    [12] 陳俊毅,「具狀態監測與故障診斷功能之馬達雲系統之研發」,碩士學位論文,國立臺灣科技大學,2017。
    [13] IEC 61000-3-2:2018, Electromagnetic compatibility (EMC) – Part 3-2: Limits – Limits for harmonic current emissions (equipment input current ≤ 16 A per phase)
    [14] IEC 61000-3-12:2011, Electromagnetic compatibility (EMC) – Part 3-12: Limits – Limits for harmonic currents produced by equipment connected to public low-voltage systems with input current > 16 A and ≤ 75 A per phase
    [15] 王啟安,「小型風力機與台灣低壓配電系統併聯之規範探討」,碩士學位論文,國立臺灣科技大學,2011。
    [16] IEEE Recommended Practice and Requirements for Harmonic Control in Electric Power Systems," in IEEE Std 519-2014 (Revision of IEEE Std 519-1992) , vol., no., pp.1-29, 11 June 2014
    [17] 鄭宇翔,「利用直流側漣波電壓特徵之考慮電源不平衡三階中性點箝位整流器研製」,碩士學位論文,國立臺灣科技大學,2018。
    [18] 徐煜翔,「考慮不理想電源之三階二極體箝位整流器之研製」,碩士學位論文,國立臺灣科技大學,2018。
    [19] 白崑成,「109年大眾捷運概論(含捷運系統概論、大眾運輸規劃及管理、大眾捷運法及相關捷運法規) 」,千華數位文化,2019。

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