NPC三电平变流器中点平衡算法的研究

三电平变流器有着大容量，耐压等级高，输出电流谐波含量少，开关损耗小等诸多优点，所以是高压大功率场合非常理想的选择之一，而二极管钳位式三电平变流器拓扑是目前相对于其他三电平拓扑，研究最多最广泛的拓扑结构。但是三电平变流器也有着两电平变流器难以避开的缺陷——中点电位不平衡问题。文主要针对三电平变流器的中点电位平衡问题展开研究。 本文首先介绍了三电平变流器的研究现状，研究背景，及三电平变流器研究的意义和关键问题。然后从矢量角度和功率因数两个方面讲述了引起中点电位不平衡的原因。为了介绍三电平中点电位平衡的控制机理本文以二极管箝位式三电平变流器系统为研究对象。在介绍三电平简化SVPWM控制算法之前，首先介绍了在两电平下的矢量控制算法。在阐明了三电平SVPWM控制算法的情况下，详细介绍了在简化SVPWM控制算法下的中点电位平衡算法中的一种精准的中点电位控制算法——平衡因子法。由于在有些工况下很好的控制中点电位波动是很困难，所以本文又引出了三电平控制算法——虚拟矢量算法。此种算法将三电平矢量控制算法中的中矢量的作用时间划出一部分时间作为小矢量的作用时间，从而在一个控制周期内增加了小矢量的作用时间，更有利于实现中点电位的平衡。又由于在一些工况下利用软件控制中点电位的平衡很难达到理想效果，所以本文又分析了利用硬件控制的中点电位平衡方法。该方法需要在直流侧增加更多的功率器件，及驱动电路，使整体的控制系统变的复杂。但是相对于利用软件控制的中点电位平衡，该方法可以更有效的实现中点电位平衡。适用于很多中点电位难以控制的三电平变流器中。 为了验证中点电位平衡控制，在理论分析的基础上，搭建了三电平变流器基于MATLAB的仿真模型和基于DSP为控制核心的实验平台。并详细介绍了仿真平台的理论基础和实验平台的构造。仿真和实验的结果验证了系统结构和控制算法的科学性和有效性。