NPC三电平逆变器及其中点电位平衡的研究

随着电力电子技术的发展,高压大功率多电平变频器日益成为研究热点。因为其器件耐压要求相对较低、等效开关频率高、无需动态均压、输出波形好等优点,在中高压变频调速、PWM可逆整流、电力系统有源滤波、柔性输电系统等方面得到了广泛的应用。 鉴于多电平逆变器多样化的拓扑结构和控制策略,本文以应用最为广泛的二极管箝位型(NPC)三电平逆变器为研究对象,采用空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)算法进行了理论及实验研究,而且对NPC型三电平逆变器固有的中点电位不平衡问题进行了分析研究。 首先,本文分析了NPC型三电平逆变器的工作原理、SVPWM控制策略的原理、中点电位不平衡带来的危害、中点电位波动的原因、中点电位波动的特征。然后,基于上述原理的分析,从对直流母线电容充放电使中点电位平衡入手,介绍了两种带辅助电路的中点电位平衡方法;从三电平SVPWM软件控制算法入手,利用正负小矢量对中点电位相反的影响,介绍了一种通过控制正负小矢量作用时间的中点电位平衡算法。 在理论研究之后,本文采用MATLAB/SIMULINK仿真软件对上述中点电位平衡方法进行了仿真,通过仿真验证了几种中点电位平衡算法的正确性。 最后,在实验室条件下,搭建了NPC型三电平逆变器平台,采用TI公司的TMS320LF2407A型DSP为控制核心进行了实验研究。整个硬件系统的开发包括主电路、隔离驱动电路、检测电路和缓冲电路,还涉及采用SVPWM调制算法的DSP软件编程等环节。通过实验波形和数据的分析,证明课题设计的基于三电平逆变器的SVPWM控制策略正确,所采用中点电位平衡算法可有效控制中点电位平衡。