級聯(lián)型多電平逆變器控制策略的研究.pdf

1、級聯(lián)型多電平逆變器通過將多個(gè)低壓H橋功率單元級聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)了高壓領(lǐng)域的電能轉(zhuǎn)換，同時(shí)有效降低了電壓變化率，顯著改善了電磁環(huán)境，在中高壓調(diào)速領(lǐng)域、交流柔性輸電系統(tǒng)等場合中獲得了廣泛的應(yīng)用。作為直接決定逆變器控制效果的重要因素----多電平脈寬調(diào)制(Pulse-Width Modulation，PWM)方法，更是受到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。多電平脈寬調(diào)制法可分為三角載波調(diào)制法和空間矢量調(diào)制法(Space Vector Pulse-Width

2、 Modulation，SVPWM)兩類。當(dāng)前，級聯(lián)型多電平逆變器的主流調(diào)制方式為三角載波調(diào)制法，它計(jì)算簡單、容易實(shí)現(xiàn)，但由于其基于平均值理論，且直流電壓利用率低、因而造成逆變器輸出性能差，難以與高性能電機(jī)控制策略相融合?？臻g矢量調(diào)制法的直流電壓利用率高、電流紋波小并且輸出電壓形式豐富，但計(jì)算十分復(fù)雜，且在電平數(shù)較多時(shí)難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制，適用性受到很大限制。為此，對級聯(lián)型多電平逆變器的PWM控制技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，必能有效提高逆變器的輸出性

3、能。
　　 本文首先討論了級聯(lián)型多電平逆變器現(xiàn)有的控制方式，主要包括三角載波調(diào)制法和空間矢量調(diào)制法，深入分析了這幾類PWM控制方法的基本原理及各自特點(diǎn)。并以三電平逆變器為例，推導(dǎo)了三角載波調(diào)制法和空間矢量法的本質(zhì)聯(lián)系。隨后，針對傳統(tǒng)的三角載波PWM技術(shù)電壓調(diào)制深度低、基波幅值小的問題，結(jié)合單載波調(diào)制法及梯形波調(diào)制法各自的優(yōu)勢，提出了基于單載波的梯形波PWM調(diào)制方式。分析了該調(diào)制法的調(diào)制原理，并在對三相三電平級聯(lián)型逆變器輸出線電壓

4、進(jìn)行雙重傅里葉分析的基礎(chǔ)上，得出了最佳梯形調(diào)制波的取值。將不同調(diào)制方式下三相十三電平級聯(lián)型逆變器輸出電壓的頻譜特性進(jìn)行比較分析后，證實(shí)了梯形波PWM調(diào)制法的優(yōu)越性。提出了基于兩電平的通用多電平空間矢量調(diào)制法以解決傳統(tǒng)算法復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)的問題。確定了線性調(diào)制模式下參考矢量所對應(yīng)的基本矢量及其作用時(shí)間；并提出了極值法對冗余開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行優(yōu)化選擇以降低開關(guān)頻率。為進(jìn)一步提高逆變器直流側(cè)電壓利用率，按照J(rèn)oachim Holtz的經(jīng)典雙模式過調(diào)制

5、理論，將該算法的過調(diào)制模式分為兩個(gè)區(qū)間，并分別進(jìn)行了討論。由給出的算法流程圖可知，該算法簡單易行，且復(fù)雜程度不隨電平數(shù)的增加而增大，可擴(kuò)展性強(qiáng)。仿真研究驗(yàn)證了該算法的正確性。最后，論文在系統(tǒng)分析異步電機(jī)矢量控制的基本原理，并推導(dǎo)異步電機(jī)在靜止坐標(biāo)系和同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型后，總結(jié)出矢量控制的基本方程，同時(shí)推導(dǎo)出電壓解耦控制方程，從而實(shí)現(xiàn)了電機(jī)定子電流勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量的解耦控制。并按照控制器參數(shù)工程設(shè)計(jì)方法，對控制系統(tǒng)的PI調(diào)節(jié)器參