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电流型多电平逆变器控制策略及其数字化设计方法研究

常国祥  
【摘要】: 电流型多电平逆变器具有拓扑结构简单、输出波形好、输入功率因数高和保护可靠等优点,存在的问题是直流电流利用率低、调制复杂难于实现。本文重点研究了电流型多电平逆变器的控制策略及其数字化设计方法。具体内容如下: 基于直接式电流型多电平逆变器拓扑结构。在分析载波移相SPWM、多载波垂直分布SPWM和阶梯波调制工作原理的基础上,采用FPGA给出了数字化设计方法。针对直流电流利用率低这一特点,根据对偶原理,采用在电流型逆变器中注入三次谐波的方法,即在调制波里注入幅值为其六分之一的三次谐波,使直流电流的利用率提高15.5%,同时注入的三次谐波在三相系统中被消除。 基于组合式电流型多电平逆变器拓扑结构,提出了一种位置反相交叉的多载波TPWM调制方法。该方法以梯形波为调制波,载波为四个三角波,上面两个反相交叉,下面两个反相交叉,梯形波的前半段用一个载波调制,后半段用另一个载波调制。该方法实现简单,可使直流侧电流无断路。通过数学建模和分析得知:位置反相交叉保证了电流的连续性;载波比为3的整数倍且为奇数,保证了各相的功率平衡。另外给出了三单元并联组成多电平电路时,相移角与谐波的关系。通过理论分析结果与仿真频谱的对比,验证了该方法的正确性。 在两单元并联组合CSI拓扑结构中,将原有可构成的19个基本空间矢量扩展为25个,在此基础上,提出了一种基于25个基本空间矢量的SVPWM控制方法。该方法与19个基本空间矢量的SVPWM相比,在低调制度情况下,输出的谐波更小。这一方法要求三相负载对称。 采用了Matlab和DSPbuilder联合设计实现多电平SVPWM控制的方法,在Matlab环境下可实现算法的仿真,然后利用DSPbuilder将仿真结果直接转到FPGA环境中,形成硬件电路,该方案提高了设计效率。同时提出了统一公式法,该方法容易实现多电平的SVPWM控制。最后,利用这个数字化仿真与实验平台,对本文提出的控制方法进行了仿真与实验验证。


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