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1.3 电压源变换器及电流源变换器拓扑应用研究
1.3.1 电压源变换器
电压源变换器应用广泛，电压源逆变器同一个桥臂的上下功率开关不能同时开通，否则会造成短路现象的发生，从而损坏逆变器，因此需在上下桥臂的开关信号之间加入死区时间，但死区时间的加入又会带来输出波形的畸变。另一方面，逆变器输出电压低于直流输入电压，在输入电压较低或变化范围较大的场合下，需要在前级加一级升压变换器，导致系统整体结构复杂、效率变低。
目前，传统交直交电压源变换器的直流侧电压均为理想的无波动直流电压，
通常在直流侧采用具有冲击负载特性的大容量电解电容元件。大容量电解电容的使用，一方面使变换器占用空间大、成本高、响应速度慢，使系统功率数降低，使网侧电流畸变率增大。同时，给网侧带来谐波电流、谐波电压污染以及额外的无功消耗，不仅会降低系统自身运行的效率，而且会给负载来很多不良影响；另一方面在能源短缺特别是金属类不可再生资源严重短缺今天，不符合发展的方向。由于传统交直交电压源变换器的广泛应用会产生上述的诸多危害，因此必须对交直交电压源变换器的主电路进行研究。研究交直交电压源变换器主路拓扑结构时有以下几个方面应考虑：应尽量少选用开关器件，以提高系统可靠性并降低成本；尽量减少变换器中的电容值和减少电容元件在变换器中数量，以减小整个变换器设备的体积、提高可靠性，同时也降低设备的成本尽量减小网侧电流畸变率；应有利于变换器向负载提供高质量的电能、有利输出电压幅值和频率的调节。
随着全控快速半导体器件和 PWM 控制技术的成熟，现代的交直交电压源变换器已将调压、调频和调相集中于输出级的 PWM DC/AC 逆变器完成，输入级大量采用的是二极管不可控整流桥以及中间直流滤波器。由于取消了相控整流方式，整流器无需控制，这样既简化了电路又提高了网侧的功率因数，相减小了低次谐波对电网的干扰。
1.3.2 一些新型的电压源变换器及其调控方式
为了改善基于二极管不可控整流桥交直交电压源变换器的输入输出谐波特
性，国内外学者做了大量的研究并给出了很多新颖的结构和控制方法。M．Pande，G．Joos 等在文献中指出由于交流系统波动导致的非理想直流侧电压会使输出电压质量恶化，并给出了输出电压积分控制。文献提出了一种多脉冲整流交直交电压源变换器前端电路，有效改善了输入侧的谐波和功率因数，但是需要采用大容量的工频变压器以及数量众多的整流二极管。
M．Grotzbach 等在文献中指出变频调速系统采用的二极管整流器和直流侧大电解电容会给输入带来很大的谐波电流，并且给出了谐波的数学模型。RaviBantu 等在文献中采用输入相间耦合电抗电路实现了 5 次谐波以及负序谐波的消除，但是附加电路会限制输出电压并且增加附加损耗。
Navid R．Zargari 等在 1995 年提出采用与输出逆变桥结构相同的全控整流
桥实现高功率因数以及正弦输入电流，但是暂态情况下输入输出的功率平衡问题在实际情况下很难解决，且直流侧电压调整范围受到限制。A.I.Maswood等在 2002 年提出一种高功率输入整流电路，在不需要任何附加滤波设备的条件下使输入电流满足需要，保证了直流侧电压完整的利用率，但是它需要三个双向开关完成谐波输入过程，这增加了装置的成本，使电路复杂化且降低了可靠性。提出了一种基于低成本的四开关逆变器与有源功率因数校正技术的新型的交直交变频电路。还提出采用直接串联或者曲折变压器耦合多重叠加结构来降低开关频率，提高输出电压的波形正弦度。上述这些方法都是侧重于输入或输出其中之一谐波特性的改善，大部分需要辅助电路或者复杂的控制方法并且很少计及交流系统波动和畸变的影响，同时二极管可控整流桥－大容量电解电容的组合仍然被大量应用于各种交直交电压源换器中。
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