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多电平逆变器PWM新方法及相关技术

王鸿雁  
【摘要】:近年来,随着电工领域各种技术的全面发展,人们希望电力电子装置能够处 理越来越高的电压等级和容量等级,多电平变换器也就是在这种背景下成为高压 大功率变换研究的热点。本文主要是系统化地研究了多电平变换器PWM控制方 法,以寻找它们之间的相互关联性和规律;本文还研究了多电平功率因数校正变 换器。 本文详细阐述了多电平逆变器的控制自由度及其组合的思想。利用多电平逆 变器多个载波之间在竖直方向上的偏移量这个自由度,提出了多电平逆变器载波 交叠式PWM方法。该方法在低调制度范围内具有良好的谐波特性,在高调制度 范围内谐波特性和传统的消谐波PWM方法基本相同。同时利用向调制波中注入 零序分量和多电平逆变器多个载波之间在竖直方向上的偏移这两个自由度,将多 电平逆变器载波交叠式PWM方法和开关频率优化PWM方法相结合,提出了载 波交叠一开关频率优化PWM方法。该方法同时具有载波交叠式PWM方法和开 关频率优化方法的优点:在低调制度下具有良好的谐波特性;高直流电压利用率。 为了提高输出电压在低调制度范围内的谐波性能,本文基于控制自由度组合 的思想,提出了飞跨电容多电平逆变器一种新型PWM方法,该方法能够在一个 载波周期内保证飞跨电容的电压的平衡。为了使飞跨电容三电平逆变器PWM控 制方法的研究具有系统性和理论性,本文建立了载波相移PWM方法和空间矢量 PWM方法之间的联系,在此基础上提出了飞跨电容三电平逆变器开关损耗最小 PWM方法,该方法很大程度地减少了开关损耗,提高了系统的效率。 本文利用多电平逆变器载波之间在竖直方向的位移和水平方向的位移这两 个自由度,从理论上进一步研究了二极管箝位型多电平逆变器的三类新型PWM 方法:COPWM-A、COPWM-B和COPWM-C。通过双重傅立叶变换及其相关性 质,从理论上定量分析和计算了三类调制方法输出电压的谐波分量,并给出了多 电平逆变器双重傅立叶变换的详细分析和计算过程。根据COPWM-A、 COPWM-B和COPWM-C三类调制方法线电压的谐波分量理论表达式,可以得 出三类调制方法的理论频谱,并定性的给出了三类PWM方法的特点。通过对三 类PWM方法谐波性能的比较,得出了COPWM-A调制方法输出线电压的谐波 性能最优的结论。根据线电压的谐波分量理论表达式,得出了载波之间的竖直方


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