三电平逆变器数字控制研究

近年来,多电平变流器作为高压大功率变流技术的一个研究热点,在中高压变频调速、柔性交流输电系统等领域得到了广泛应用。 本文首先在第一章中对高压大功率变流技术研究现状进行了回顾,并对与多电平变流技术紧密相关的电力电子功率器件、数字控制技术的发展情况做了介绍;第二章对目前多电平变流器的电路拓扑和控制策略进行了总结,并将各自的优缺点和应用场合加以分析、比较。 第三章详细讨论了通用DSP数字控制平台的开发方案,本文对三电平逆变器系统的数字控制实现均基于此控制平台完成。 第四章针对二极管箝位(NPC)三电平逆变器,详细研究了载波PWM控制策略。分析和比较了不同载波PWM方法的优缺点,同时讨论了中点电位不平衡的原因及控制中点电位平衡的方法。基于分析的结果,提出了一种新的载波PWM控制方法,并详细讨论了这种方法的原理,仿真及DSP数字实现。该方法根据控制自由度的概念,通过对载波以及调制波控制自由度的合理组合,具有以下优点:1)在低调制度下,输出线电压的谐波特性(THD)远远优于传统的载波PWM控制方法,在高调制度下,输出线电压的谐波特性(THD)与传统的载波PWM控制方法相当;2)提高了直流电压利用率;3)很好的实现了中点电位平衡。仿真和实验结果验证了这种方法的有效性。 第五章针对二极管箝位(NPC)三电平逆变器,详细研究了SVPWM控制策略。分析了三电平SVPWM控制方法的原理,并讨论了一种新的开关序列排序方式,这种排序方式使得参考电压矢量在旋转过程中,开关状态切换严格符合开关序列排序原则。此外,讨论了基本电压矢量对中点电位的影响,并通过检测直流母线侧电压、负载电流,利用时间控制常数来平衡中点电位,讨论了仿真与DSP数字实现的方法。仿真和实验结果验证了这种方法的正确性。 最后对本文的研究工作进行了总结,并对将来的研究方向进行了展望。