大功率三电平矢量控制系统研究

国内高压变频主要采用单元串联多电平V/F控制,制动困难限制了其应用范围,主要应用于风机、水泵等节能调速场合,对于一些动态性能有要求的场合,V/F控制系统不能满足需要,通常使用三电平矢量控制或直接转矩控制系统,这一工况基本靠引进国外设备。针对这一现状,加深对高压三电平矢量控制的研究,是解决这一现状的必由之路。本课题得到了广东省重点创新项目基金的资助,项目编号200401292,研究目的是分析大功率三电平矢量控制存在的难题,并提出解决方案。 大功率三电平矢量控制难点问题较多,如三电平PWM控制脉冲的快速形成、电压电流检测、磁链观测、输出滤波器对矢量控制影响的补偿问题、数字控制滞后问题等一系列问题需解决。针对三电平高压变频器存在的难点问题,本文主要完成以下工作: 在深入研究三电平各种控制方法的基础上,提出三种实现简单、快速性好的基于载波比较PWM控制方法。通过采用不同的载波信号和不同调制波处理方法,可以得到不同的控制方案,并且对死时补偿、控制中点电位以及窄脉冲消除等问题进行深入分析,提出解决方法。 分析了大功率矢量控制存在的难题,针对问题,一一提出解决方案:基于∑/△型A/D变换的电压、电流检测能满足平均值采样及中压逆变器的耐压和抗干扰要求;计算等值电机电压、电流和漏感方法解决了逆变器输出滤波对矢量控制的影响;交流电流增量计算方法克服了电势计算中电流微分滞后的困难;改进的电压模型解决了传统电压模型纯积分漂移和滞后问题,电压模型和电流模型平滑过渡解决了低速下磁链观测问题;PI电流调节+预控大大加快了转矩响应。 论文最后给出高压三电平变频器系统设计方法,并以TMS320C32为控制核心搭建控制系统,通过实验验证了本文提出各种解决方案的有效性。