非對稱混合多電平逆變器調(diào)制策略及功率均衡控制研究.pdf

1、隨著高壓大功率變換領(lǐng)域?qū)δ孀兤鞴δ芎托阅艿牟粩嘈枨螅嚯娖侥孀兤骺捎媚蛪狠^低的功率開關(guān)，組合輸出諧波含量低、電磁干擾小的多電平高電壓，已經(jīng)成為高壓大功率變換技術(shù)的研究熱點。但目前工程上應(yīng)用的傳統(tǒng)多電平逆變器所需功率器件較多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在逆變系統(tǒng)體積龐大、價格昂貴、效率較低等敏感問題，嚴(yán)重地限制了多電平逆變器的實際應(yīng)用范圍。而非對稱混合多電平逆變器及其控制技術(shù)，能以更少的功率器件和直流電源，輸出較多的電平數(shù)，大大簡化多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、提高

2、功率密度、降低成本，因此成為多電平逆變器的發(fā)展趨勢。但目前非對稱混合多電平逆變器處于初步研究階段，國內(nèi)外還沒有形成統(tǒng)一結(jié)構(gòu)的拓?fù)?，多是從性價比上對其實用化作出評價。而非對稱混合多電平逆變器的運行性能，取決于合適的混合多電平調(diào)制策略及相關(guān)控制策略，因此本文以非對稱混合多電平逆變器為對象，對其調(diào)制、控制策略進(jìn)行研究，具有一定的理論意義和工程實用價值。
　　本文首先針對非對稱混合多電平拓?fù)渲械姆菍ΨQH橋，深入分析其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特點，提出一種

3、對非對稱H橋具有通用性的新型載波交錯調(diào)制策略。對于三種具有較高性價比的五電平非對稱H橋，以雙向開關(guān)非對稱H橋為例，深入分析其功率開關(guān)在一個基波周期的動作規(guī)律，并將這個規(guī)律統(tǒng)一成調(diào)制方式，確定出正、負(fù)交錯層疊分布的載波，得到正弦調(diào)制波與載波分層、分區(qū)脈寬調(diào)制的載波交錯層疊SPWM調(diào)制策略，同樣適用于二極管箝位型非對稱H橋。最后以FPGA實現(xiàn)三相系統(tǒng)的自然采樣法，通過仿真和實驗對比分析，載波交錯層疊同相位調(diào)制性能更佳。
　　建立電容箝

4、位型非對稱H橋拓?fù)涞臄?shù)學(xué)模型，深入分析載波交錯層疊同相位調(diào)制策略對箝位電容電壓的影響，指出箝位電容電壓需一個基波周期達(dá)到平衡，對電容電壓的波動幅度存在不可控的問題。充分利用交錯載波的自由度，提出一種改進(jìn)的控制策略，不僅有效地控制了箝位電容電壓波動的幅度，而且均衡了同類功率開關(guān)的利用。在此基礎(chǔ)上，建立箝位電容容量與負(fù)載電流、開關(guān)頻率和電容電壓波動幅度的數(shù)學(xué)關(guān)系，有利于折中確定箝位電容容量與開關(guān)頻率的選取。通過線電壓生成原理分析，針對逆變器

5、輸出電壓矢量不能滿足最近三矢量原則、線電壓波形存在電平層交疊的問題，提出一種優(yōu)化控制方法，進(jìn)一步提高了線電壓諧波性能。
　　為了擴(kuò)展輸出電壓等級，將電容箝位型非對稱H橋與傳統(tǒng)H橋級聯(lián)，構(gòu)成混合H橋級聯(lián)型多電平逆變器，并建立混合拓?fù)涞拈_關(guān)函數(shù)模型。深入分析傳統(tǒng)混合調(diào)制策略的基本思想，對功率單元進(jìn)行獨立調(diào)制，提出載波交錯型混合調(diào)制策略，提高了混合拓?fù)漭敵鲭妷旱牡刃лd波頻率。在此基礎(chǔ)上，擴(kuò)展了非對稱H橋級聯(lián)的混合調(diào)制策略，對于電容箝位型

6、非對稱H橋級聯(lián)多個H橋的混合多電平逆變器具有良好的控制性能。針對混合拓?fù)渲写嬖诘男蕟栴}，提出調(diào)制波中注入混合分量的優(yōu)化控制方法，既提高了直流電壓利用率，又降低了高頻開關(guān)損耗。
　　針對混合H橋級聯(lián)型多電平逆變器中的功率單元輸出不平衡問題，文中根據(jù)瞬時功率推導(dǎo)出功率單元輸出有功功率與輸出電壓基波幅值的關(guān)系。深入分析各功率單元輸出電壓基波幅值與調(diào)制度的函數(shù)關(guān)系，指出低調(diào)制度階段存在功率單元輸出分配極端問題，為此提出功率單元輸出線性化