多电平二极管箝位型逆变器PWM控制方法及相关问题的研究

多电平中点箝位型逆变器自从1980年提出以来,由于解决了在中高压场合功率元件耐压低的问题、降低了开关过程中的dV/dt、改善了逆变器的输出波形等,已经成为当今电力电子和电力传动技术的研究热点。本文重点对多电平中点箝位型逆变器的PWM调制方法和相关问题进行了研究。主要研究内容和创新点包括以下几个方面: 1.针对三电平NPC逆变器特定消谐脉宽调制方法中求解消谐方程组传统方法的不足,采用了基于同伦算法的SHEPWM方法,该方法具有收敛范围宽、收敛速度快等优点,并进行了仿真和实验研究。 2.分别提出了基于遗传算法和混沌蚁群算法的三电平NPC逆变器SHEPWM优化方法,这两种方法在求解消谐模型非线性超越方程组时克服了传统方法的缺点,不需要给出方程的合适的初值或预测在整个调制度范围内解的变化趋势,更易收敛和减小计算时间。借助嵌入式计算机和FPGA技术,实现了三电平NPC逆变器在线SHEPWM控制。 3.对三电平NPC逆变器的载波层叠PWM方法进行了研究,利用双重傅立叶级数分别对载波反相层叠PWM调制方法和载波同相层叠PWM调制方法输出波形的谐波特性进行了分析和比较,并进行了仿真和实验研究。 4.提出在60°坐标系下多电平逆变器SVPWM调制方法的参考矢量所在区域的确定方法,该算法无需进行复杂的三角运算,仅需进行简单的逻辑判断就可以得到参考矢量的具体位置和合成参考矢量的最近三基本矢量,能够极大简化SVPWM的运算,并进行了仿真和实验验证。 5.建立了三电平NPC逆变器中点电流和电压数学模型,分析了中点电压偏移对SVPWM矢量图的影响,提出了考虑中点电压变化时的SVPWM算法,和基于合成矢量的分区方法,简化了分区规则。 6.针对三电平NPC逆变器传统的最近三基本矢量方法中点电压存在不能平衡的区域,采用最近三基本虚拟空间矢量方法,能实现对中点电压的完全控制。为了在扇区切换时输出矢量平稳过渡,提出了在每个大区内全部采用相同首发正小矢量或负小矢量的方法,并进行了仿真和实验验证。 论文通过对多电平二极管箝位型逆变器的特定谐波消除、PWM控制方法和中点电压平衡等关键技术的研究,对多电平二极管箝位型逆变器的性能进行了改善,具有理论意义和工程应用价值。