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二极管箝位型三电平变换器母线电容电压控制策略研究

张灿  
【摘要】:二极管箝位型三电平变换器是一种应用广泛的多电平变换器,与两电平变换器相比,具有输出电压谐波含量少,对器件耐压要求低等优点,但是这种拓扑存在一个固有的缺点就是中点电位不平衡问题。 为了实现中点电位平衡,控制算法一般有基于空间矢量的PWM方法和基于载波比较的PWM方法两种,在两电平拓扑结构中,载波比较PWM方法中的零序电压变化正好对应了空间矢量方法中冗余矢量的时间分配的变化,两者具有一致性。本文将这种一致性推广到三电平拓扑结构中,得出了中点电位平衡控制完全可以由加入零序分量的载波比较PWM方法来实现的结论。 文章阐明了为实现中点电位平衡,需要解决的关键问题是中点平均电流和零序电压的关系。介绍了一种基于最优零序电压注入的载波比较PWM方法,通过分析零序电压和平均中点电流的关系,采用插值法计算给出了最优零序电压的表达式。实现了中点电位波动的有效抑制,同时实现了中点电位平衡,并得出了该控制策略的控制特点,即在相同调制度下,功率因数越低,中点电压波动幅值越大,在相同的功率因数条件下,调制度越大,中点电压波动幅值越大。 本文基于双调制波PWM控制方法,提出了一种优化的补偿量计算方法,用于中点电位平衡。针对最优零序电压方法在实现中点电位控制过程中对调制度和功率因数较为敏感的特点,本文引入了基于双调制波的PWM控制算法,通过控制一个开关周期内中点平均电流始终为零,理论上完全消除了上下母线电容电压的波动。但这种方法不具有中点电位平衡的功能,现有文献中给出的补偿量又存在动态响应速度慢以及无法保证系统稳定的不足,针对这个问题,本文综合考虑负载电流、开关频率、上下母线电容电压差等影响中点电位平衡的因素,提出了一种优化的补偿量,该补偿量能够根据不同的运行工况调整取值,使中点电位快速恢复平衡,且能够保证系统的稳定运行。 上述两种中点电位控制算法的正确性和有效性得到了仿真和实验结果的验证。


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