多電平逆變器通用調(diào)制策略和電容電壓平衡研究.pdf

1、隨著保護(hù)生態(tài)環(huán)境觀念的深入人心，提高能源使用效率、減少能源資源消耗、促進(jìn)使用可再生能源已成為當(dāng)今世界各國(guó)謀求發(fā)展的重要共識(shí)。我國(guó)也適時(shí)提出了建設(shè)“資源節(jié)約型”社會(huì)、促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)。將電力電子與自動(dòng)控制等技術(shù)相結(jié)合，研制各種新型電力電子裝置，構(gòu)建綠色的電能使用環(huán)境，可以為實(shí)現(xiàn)這一發(fā)展目標(biāo)提供強(qiáng)有力的支持。多電平變換器以其在高性能和大容量方面的突出優(yōu)勢(shì)已成為近年來國(guó)內(nèi)外研究與應(yīng)用的熱點(diǎn)之一。多電平變換器包含獨(dú)立直流單元型和單一直流

2、單元型，以及混合型等多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。其中，單一直流單元類型中的二極管箝位型結(jié)構(gòu)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低等優(yōu)點(diǎn)而得到最為廣泛的研究和應(yīng)用。
　　 多電平逆變器的通用調(diào)制策略是其研究領(lǐng)域中重要的課題，是實(shí)現(xiàn)多電平應(yīng)用的基本保證，本文以其作為主要研究?jī)?nèi)容之一。本文分析了電力電子變換器數(shù)字控制的基本問題，從空間矢量意義和正弦調(diào)制波意義兩個(gè)方面為任意電平或任意相的多電平逆變器建立了數(shù)學(xué)模型，對(duì)比傳統(tǒng)的三、多電平調(diào)制策略，提出了新穎的基于二電平

3、拓展的任意電平逆變器的控制策略和基于標(biāo)量合成的任意電平、任意相系統(tǒng)的控制策略，并詳細(xì)討論了兩種控制策略的工作機(jī)制、實(shí)現(xiàn)步驟和關(guān)鍵技術(shù)等司題。本文還對(duì)單相電路上的開關(guān)器件的工作機(jī)制進(jìn)行了研究，依據(jù)運(yùn)行特點(diǎn)將其分為二電平開關(guān)組、常開開關(guān)組、常斷開關(guān)組，有效地解決了多電平PWM信號(hào)的擴(kuò)展分配問題。
　　 二極管箝位型多電平逆變器以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛的研究和應(yīng)用，電容電壓平衡問題是影響其安全運(yùn)行和輸出性能的關(guān)鍵問題，該

4、問題的研究工作具有重要的理論和工程價(jià)值。本文首先討論了三電平逆變器電容電壓失衡原因和影響，對(duì)失衡特性深入地進(jìn)行了解析推導(dǎo)，得到了電容電壓瞬時(shí)波動(dòng)、連續(xù)波動(dòng)和最大波動(dòng)等波動(dòng)特性的分析結(jié)論，并將這些結(jié)論推廣到更多電平逆變器中，為箝位型多電平逆變器的電氣參數(shù)設(shè)計(jì)和電容電壓平衡控制提供了指導(dǎo)。在失衡分析的基礎(chǔ)上，本文針對(duì)載波通式中的自由度項(xiàng)，提出了兩種新穎的三電平逆變器電容電壓平衡控制策略——電容電壓滯環(huán)變幅控制策略和電容電壓滯環(huán)偏移控制策略。

5、并在逆變器輸出性能為首要控制目標(biāo)這一思路的指導(dǎo)下，分析了嚴(yán)格剛性的電容電壓平衡控制是存在弊端且不必要的，進(jìn)一步提出了電容電壓柔性平衡控制策略。在Matlab中措建仿真模型中得到的仿真結(jié)果驗(yàn)證了分析結(jié)論和控制方法的正確性。
　　 依照模塊化、最大化的思路，設(shè)計(jì)了基于DSP+CPLD架構(gòu)的三電平逆變器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上對(duì)本文所提出的空間矢量PWM通用控制策略和正弦PWM通用控制策略、三電平電容的失衡特性、以及滯環(huán)變幅、滯環(huán)偏移及