电力变换器小波调制策略研究

【摘要】：电力电子变换技术是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术，各种电力变换器广泛应用于高电压直流输电、静止无功补偿、电力机车牵引、交直流电力传动、电解、励磁等。调制策略作为电力变换器控制方法的核心部分，对电力变换器的工作性能有着重要的影响。良好的调制策略对于减小谐波对电网的污染，降低开关动作引起的开关损耗，提高电压利用率具有重要的作用。 尽管现有的调制技术在工业生产中发挥了重要的作用，但存在一些问题，所以国内外学者仍希望能够开发新的调制策略进一步提高电力变换器的工作效率。小波调制（Wavelet Modulation, WM）作为一种新的调制策略与现有的调制策略相比能够显著降低输出电压中总谐波畸变率、扩宽电力变换器的线性调制范围、降低开关损耗，并且易于数字化实现。 本课题首先针对小波调制逆变器线性调制范围的问题，对其输出电压调制比展开相关研究。首先对小波调制工作的基本原理进行简要分析；之后分析小波调制的电压调制比M的线性调制范围，推导M的求解方法；最后通过仿真验证理论分析的正确性，并分别用小波调制、SPWM和SVPWM对三相逆变器进行控制，比较调制比的线性调制范围以及输出线电压的频谱。结果表明，对小波调制电压调制比的分析是合理的；小波调制的线性调制范围大于SPWM和SVPWM；并且与其它调制策略相比，在调制比相同时，小波调制输出电压谐波畸变率更小。并且针对小波调制在单相H桥逆变器上应用时低次谐波较大的问题提出一种改进型小波调制策略。与传统小波调制策略相比，改进型有效的降低了低次谐波。 为了准确计算小波调制整流电路输出电压中谐波含量，针对其输出电压解析解的问题展开相关研究。基于傅里叶级数理论，推导小波调制单相电压型整流器输出电压的傅里叶分解表达式，得到其输出直流电压和各次谐波电压的解析解；再将仿真结果和理论分析结果比较，并将小波调制和SVM以及SPWM在三相对称输入和三相不对称输入两种情况下进行比较。仿真结果表明，对单相小波调制电压型整流器分析是合理和正确的，并且与SVM和SPWM相比，小波调制输入电流谐波小、直流输出侧电压谐波畸变率小；在输入功率因数接近1时，小波调制输出直流电压大。 最后在理论分析和仿真的基础上，设计了基于TMS320F2812的软硬件平台，实现单相H桥逆变器小波调制策略、改进型单相H桥逆变器小波调制策略以及占空比基于小波调制的三相电压型桥式逆变器的调制策略。