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三电平逆变器关键技术及实验研究

江涛  
【摘要】: 中点箝位式三电平逆变器一直是当前中高压大容量电能变换领域中的研究热点之一,它通过对直流侧的分压和开关状态的不同组合,实现多电平阶梯波输出电压,能有效地提高逆变器系统容量和耐压水平、减小输出电压谐波和开关损耗。三电平变换器开关器件和控制目标众多,控制复杂,所以采用空间矢PWM(SVPWM)的方法。 论文首先介绍了有关三电平逆变器的相关理论、二极管箝位型(NPC)三电平逆变器的工作原理以及传统三电平SVPWM控制算法,另外在基于参考电压分解的SVPWM简化算法基础上提出了一种改进的PWM调制方法。重点研究了中点电位平衡的控制及共模电压抑制问题。中点电位的不平衡是三电平变换器的一个固有问题。论文从矢量和中点电流的影响角度深入分析了中点电位平衡控制的规律,采用的适于SVPWM简化算法的基于平衡因子的中点电位平衡控制方法,通过调整平衡控制因子即可精确控制中点电位平衡。研究了电压源型PWM变频器产生的共模电压及其负面效应的本质,揭示了三电平逆变器共模电压产生的原因及其抑制方法。论文还介绍了用于三电平SVPWM控制实现的矢量发生器概念,比较了两种三电平的矢量发生方案。 在理论分析的基础上对简化SVPWM的算法及改进的PWM调制方法、中点电位平衡控制策略和共模电压抑制利用Matlab/Simulink进行仿真分析。结果证明了设计的改进PWM调制方法的可行性。中点电压的控制效果和共模电压抑制效果也很明显,满足设计要求。 在理论分析和仿真验证之后,课题搭建了一套基于TMS320LF2812为控制核心的10KW三电平逆变器实验平台,将理论应用于实践。对三电平SVPWM简化算法及改进PWM调制方法、中点电位平衡控制策略和共模电压抑制策略进行实验验证,实验结果验证了整体算法和控制策略的可行性。


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