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直流电源级联式多电平逆变器的控制策略与实现

王志东  
【摘要】:现代逆变技术已经成为人们生产生活的过程中不可或缺的一种技术,他的主要作用就是把市电电网上已经遭受污染的交流电能,或者是从蓄电池、燃料电池、太阳能电池等得到的不稳定电能变换成质量高,谐波污染小,能满足用户对电压和频率要求的交流电能。此技术主要应用于交流电动机的变频调速、不间断电源、有源滤波器、市电电网的无功补偿等,需要将直流电能变换为交流电能的地方。 伴随着社会的发展,工业技术的不断提升,越来越多的用电设备接入电网,这些设备大多数都会对电网造成严重的谐波污染,使得电网上提供的原始电能已不能满足人们对高质量交流电能的需求。这样的电能必须经过加工后才能供人们正常使用,所以现代化的逆变技术将在这种加工的过程中起到重要的作用。 目前对逆变器减小输出电压中谐波成分的研究主要有两个方向,第一个是对两电平逆变器的研究,用软开关技术、高频化来减少谐波污染。另一个是对多电平逆变技术的研究。第一种方法是用提高开关频率的方法来改善输出中的谐波。这种方法是以提高开关器件的成本为代价的,EMI大,开关损耗大,只能提高谐波的频率不能消除谐波,但调压方便。另一种是通过增加电平数的方法来减小输出谐波含量。这种方法是以增加开关器件的个数为代价的,EMI小,开关损耗小,谐波含量低,电路简单,成本低等特点,但不能调压。 本文通过一种将以上两种方法相结合的方法,采用直流电源级联式的结构设计了一种应用在高压大功率场合的逆变器,并用mathlab进行了理论仿真。在控制策略方面详细介绍了载波三角波移相控制法,载波三角波层叠法。并在实验室条件下搭建了实验平台,该平台以载波三角波层叠法为控制策略,运用了数字信号处理器(DSP)和可编程逻辑器件(FPGA)相结合的控制电路。在实验平台的基础上详细介绍了该控制系统的软硬件组成和特点。并进行了载波移相法,载波三角波反向层叠法的控制实验,验证理论的正确性。


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