多电平变换器PWM控制方法的研究

在实现大功率变换的几种解决方案中，多电平变换器因其具有小的输出电压波形畸变(THD)、低的器件电压应力和低的系统电磁干扰(EMI)等优点而受到研究者们的青睐，相应的多电平变换器PWM控制方法也成为研究的热点。 本文对多电平变换器的基本原理和多电平变换器的各种拓扑进行了详尽的分析，同时给出了各类拓扑的优缺点。PWM控制技术是多电平变换器研究的核心内容之一。本文分析了已有多电平逆变器不同的载波PWM控制方法，重点研究了“消谐波PWM控制方法”和“载波交叠—开关频率优化PWM控制方法”，同时对二极管箝位型五电平逆变器进行了仿真研究。仿真结果表明，载波交叠一开关频率优化PWM方法在低调制度下具有良好的谐波特性，同时可以提高调制度，增加直流电压利用率。另外本文还对多电平空间矢量PWM方法的基本原理进行了分析，得出了多电平逆变器载波PWM方法和空间矢量PWM方法之间的本质联系。 本文针对多电平变换器已有载波PWM方法中低调制度下电平退化的问题，提出了一种新型的载波PWM方法，既便是在低调制度下，所有的电平都能够得到应用。通过对二极管箝位型多电平逆变器进行仿真分析，从而验证了这种方法可以提高二极管箝位型逆变器在低调制度下的器件利用率，使得逆变器在低调制度下工作于较高频率。 二极管箝位型多电平逆变器无需独立的直流电源，但由于该逆变器存在直流侧电容电压不平衡问题，因而限制了其在高压大功率变换场合的广泛应用。本文在分析二极管箝位型逆变器直流侧母线电容电压不平衡原因的基础上，提出了一种采用滞环控制的辅助斩波电路。仿真结果表明，应用这种电路可以实现直流侧电容电压平衡，同时逆变器输出电压具有较好的谐波性能。 本文最后搭建了一个基于消谐波PWM控制方法的二极管箝位型五电平逆变实验系统，控制系统由TMS320F2407 DSP和ACEX EP1K30TC144—3 FPGA组成，其中DSP主要完成采样及控制计算，而FPGA主要负责PWM波形的产生，在样机上得到了较为理想的波形。