载波相移SPWM级联型多电平变流器数字化控制技术研究

随着大功率自关断器件和高速微控制芯片的不断发展,电力电子技术在大容量电机驱动、交直流电力传输等场合的应用越来越广泛,大功率电力电子变流装置的研究也越来越深入。在大功率电力电子变流装置中,开关器件承受功率增加和开关频率的提高构成矛盾。载波相移技术是为了解决该矛盾而提出的新技术。本文主要在基于载波相移SPWM的多电平变流器数字化实现方面做了部分研究,通过探索用先进微控制器实现数字控制平台引入电力电子的控制系统,推进大功率变流器数字控制的进程。 本文首先详细分析了级联H桥的工作模式,用单片LF2407DSP实现三电平和五电平输出,验证了对基于载波相移技术的级联多电平变流器数字控制的可行性。通过输出波形频谱分析,验证了:载波相移SPWM是通过低频谐波的相互抵消来提高等效开关频率,而不是简单的将谐波向高次推移。文章进一步研究了采样方式对消除开关谐波的影响,用单片LF2407DSP实现了在数字系统中优于常见对称规则采样方法的非对称规则采样方法五电平输出。该方法只是增加一倍的数据,却能够消除由对称采样法引入的大量不规则次谐波。 在第三章中详细介绍了通过DSP+CPLD硬件平台实现基于载波相移技术的单相五、七、九电平控制脉冲的过程,对各个电平输出的总谐波畸变率、传输带宽、实现的复杂程度、应用场合进行了分析。并将数字PI调节闭环方案应用到一个五电平SAPF样机中,其电流谐波的补偿取得了理想的效果。完成了浙江省教育厅科研计划项目(NO:20040145)。在对三电平死区效应进行详尽分析基础上,通过对三电平APF进行补偿,进一步改进了补偿后网侧电流的波形。在第四章还详细叙述了用异步并行传输方案实现三相五电平控制脉冲输出的过程,该方法避免了前人遇到中断时钟同步的难题,减少了输出脉冲的遗漏与增加,增加了控制可靠性。 本文还对在CPLD中实现死区的各种方法进行了探讨、分析与对比,为数字控制中的死区实现提供了多种方案。文章最后,在DSP与CPLD的通信方面也进行了探索,利用DSP的SCI口初步实现了与CPLD的虚拟异步串行通信,在6米距离实验中误码率为零。为降低功率回路对微控制器的电磁干扰提供了新的途径。