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《重庆大学》 2010年
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级联型多电平逆变器控制策略的研究

徐曦  
【摘要】: 级联型多电平逆变器通过将多个低压H桥功率单元级联的方式实现了高压领域的电能转换,同时有效降低了电压变化率,显著改善了电磁环境,在中高压调速领域、交流柔性输电系统等场合中获得了广泛的应用。作为直接决定逆变器控制效果的重要因素——多电平脉宽调制(Pulse-Width Modulation,PWM)方法,更是受到了国内外学者的广泛关注。多电平脉宽调制法可分为三角载波调制法和空间矢量调制法(Space Vector Pulse-Width Modulation,SVPWM)两类。当前,级联型多电平逆变器的主流调制方式为三角载波调制法,它计算简单、容易实现,但由于其基于平均值理论,且直流电压利用率低、因而造成逆变器输出性能差,难以与高性能电机控制策略相融合。空间矢量调制法的直流电压利用率高、电流纹波小并且输出电压形式丰富,但计算十分复杂,且在电平数较多时难以实现实时控制,适用性受到很大限制。为此,对级联型多电平逆变器的PWM控制技术进行优化改进,必能有效提高逆变器的输出性能。 论文首先讨论了级联型多电平逆变器现有的控制方式,主要包括三角载波调制法和空间矢量调制法,深入分析了这几类PWM控制方法的基本原理及各自特点。并以三电平逆变器为例,推导了三角载波调制法和空间矢量法的本质联系。 随后,针对传统的三角载波PWM技术电压调制深度低、基波幅值小的问题,结合单载波调制法及梯形波调制法各自的优势,提出了基于单载波的梯形波PWM调制方式。分析了该调制法的调制原理,并在对三相三电平级联型逆变器输出线电压进行双重傅里叶分析的基础上,得出了最佳梯形调制波的取值。将不同调制方式下三相十三电平级联型逆变器输出电压的频谱特性进行比较分析后,证实了梯形波PWM调制法的优越性。 提出了基于两电平的通用多电平空间矢量调制法以解决传统算法复杂,难以实现的问题。确定了线性调制模式下参考矢量所对应的基本矢量及其作用时间;并提出了极值法对冗余开关状态进行优化选择以降低开关频率。为进一步提高逆变器直流侧电压利用率,按照Joachim Holtz的经典双模式过调制理论,将该算法的过调制模式分为两个区间,并分别进行了讨论。由给出的算法流程图可知,该算法简单易行,且复杂程度不随电平数的增加而增大,可扩展性强。仿真研究验证了该算法的正确性。 最后,论文在系统分析异步电机矢量控制的基本原理,并推导异步电机在静止坐标系和同步旋转坐标系下的数学模型后,总结出矢量控制的基本方程,同时推导出电压解耦控制方程,从而实现了电机定子电流励磁分量和转矩分量的解耦控制。并按照控制器参数工程设计方法,对控制系统的PI调节器参数进行了设计。在此基础上,将本文提出的通用SVPWM算法用于转子磁场定向电压解耦型矢量控制系统中,并进行了仿真研究,结果表明,该算法控制下三电平级联型逆变器供电的异步电动机有效地实现了矢量控制,并且具有良好的动态和静态性能。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TM464

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【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前6条
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【参考文献】
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【共引文献】
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 胡伟明;;基于STM32纯电动汽车电驱控制研究[A];“2011西部汽车产业·学术论坛”暨四川省汽车工程学会四届第九次学术年会论文集[C];2011年
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3 杜超;陈阿莲;段彬;张承慧;;基于SOPC的三电平光伏逆变器SVPWM的设计与实现[A];2011中国电工技术学会学术年会论文集[C];2011年
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8 张少杰;段铁群;杨勇;张亮;;1kW潮流能发电装置逆变器SVPWM技术的研究与应用[A];中国可再生能源学会海洋能专业委员会第三届学术讨论会论文集[C];2010年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 杨金辉;数字化PWM逆变系统控制关键技术研究及其应用[D];湖南大学;2010年
2 蔡凯;多电平逆变器通用调制策略和电容电压平衡研究[D];华中科技大学;2010年
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6 姜萍;斩波串级调速系统自抗扰控制策略研究[D];华北电力大学;2011年
7 叶宗彬;大功率提升机三电平双馈调速关键技术研究[D];中国矿业大学;2010年
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9 景巍;大功率三电平变频器功率器件损耗研究[D];中国矿业大学;2011年
10 李渊;兆瓦级双馈式三电平风电变流器关键技术研究[D];中国矿业大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 郝春学;基于DSP的三电平异步电动机直接转矩控制研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 于中伟;基于直接转矩控制的永磁同步电机伺服系统研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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4 郭轶祎;基于DSP的全数字永磁同步电机伺服控制器的研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
5 黄曌;开关磁阻风电系统控制技术研究[D];湘潭大学;2010年
6 张宏岭;基于智能控制算法的逆变器控制技术的研究[D];沈阳理工大学;2010年
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10 肖建民;基于单相—三相变换器的电机控制系统研究[D];浙江大学;2011年
【同被引文献】
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1 Michael Frisch;Ern Temesi;韩军;陈道杰;;最新高效率光伏逆变器拓扑结构及功率器件介绍[J];变频器世界;2009年03期
2 艾胜;孙驰;;基于Matlab的NPC单相五电平H桥SPWM目标代码生成[J];船电技术;2009年04期
3 谭颖琦;范大鹏;陶溢;;基于线性光耦HCNR200的DSP采集电路设计与实现[J];电测与仪表;2006年06期
4 陈元娣;刘涤尘;宋庆国;朱忠尼;;阶梯波调制级联逆变器触发角的一种简便算法[J];电工电能新技术;2010年01期
5 单庆晓,李永东,潘孟春;级联型逆变器的新进展[J];电工技术学报;2004年02期
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1 刘小龙;细菌觅食优化算法的改进及应用[D];华南理工大学;2011年
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10 刘述喜;三电平逆变器供电的感应电机直接转矩控制系统的研究[D];重庆大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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【二级引证文献】
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1 刘合金;VSC-MTDC系统协调控制及模拟实验系统设计与实现[D];山东大学;2013年
2 彭旺如;基于DSP的光伏发电数据采集控制装置设计[D];北京交通大学;2013年
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3 米雪涛;基于DSP的PWM变频调速系统的设计[D];太原理工大学;2004年
4 罗玛;DSP控制三相逆变器并联技术的研究[D];浙江大学;2005年
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2 李永东;潜油泵用新型中压变频器出炉[N];中国电子报;2003年
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4 本报见习记者 阮凤娟;徐海波:希望在东莞建光伏发电站[N];广东科技报;2011年
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3 刘子建;四象限级联型多电平高压大功率逆变器控制系统研究[D];中南大学;2010年
4 蔡凯;多电平逆变器通用调制策略和电容电压平衡研究[D];华中科技大学;2010年
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6 王翠;级联多电平逆变器SVPWM技术的算法研究与实现[D];湖南大学;2011年
7 曾繁鹏;多电平有源电力滤波器拓扑结构及控制方法研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
8 陈阿莲;新型多电平逆变器组合拓扑结构和多电平逆变器的容错技术[D];浙江大学;2005年
9 王鸿雁;多电平逆变器PWM新方法及相关技术[D];浙江大学;2005年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 阳云;多电平逆变器结构与控制研究[D];中南大学;2010年
2 赵埕萱;模块化多电平逆变器的研究[D];安徽理工大学;2012年
3 FAIZA NAWAZ(华瓒);基于萤火虫算法的选择性谐波消除的多电平逆变器比较研究[D];华北电力大学;2013年
4 刘小素;多电平逆变器优化调制算法研究[D];大连理工大学;2010年
5 尹艳清;级联多电平逆变器空间矢量调制技术的研究[D];中南大学;2011年
6 王志东;直流电源级联式多电平逆变器的控制策略与实现[D];郑州大学;2012年
7 张国锋;多电平逆变器的故障建模及诊断[D];中南大学;2012年
8 徐曦;级联型多电平逆变器控制策略的研究[D];重庆大学;2010年
9 刘敬珺;H桥级联型多电平逆变器的研究[D];上海交通大学;2011年
10 杨伟;基于数字控制的双降压式多电平逆变器的设计与实现[D];南京航空航天大学;2010年
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