开绕组电机双端级联式五电平逆变器调制策略研究

随着科技的发展，工业生产、交通运输等场合对电力变换器高压、大容量、低损耗的要求日益提高。双端级联式五电平逆变器能够有效提高输出电压等级与输出电平数，对于使用较低耐压等级的开关器件实现高压大功率变换具有重要意义。 本文以双端级联式五电平逆变器作为研究对象，针对双逆变器调制策略中存在的零序电压抑制、中点电位平衡、死区补偿、窄脉冲消除等问题进行研究，基于不同调制目的提出多种五电平SVPWM调制策略。 针对不同母线结构下的逆变器拓扑进行研究，分别建立逆变器在独立母线结构和共母线结构下的数学模型，以此为基础分析两种母线结构下不同开关状态对直流侧电容电压的影响；根据双端级联式拓扑的特点分别对系统产生的共模电压和零序电压进行分析。 根据独立母线结构的双端级联式逆变器良好的容错特性，设计容错控制系统主回路，分析故障时的控制流程和负载电流流通路径。根据容错系统的控制要求，提出一种五电平容错调制策略。该调制策略采用参考电压分解法结合三电平简化算法进行调制，采用平衡因子法控制中点电位，能够同时满足正常工作状态和故障工作状态的需求。 针对共母线结构下存在的零序环流问题，提出一种零共模电压矢量SVPWM调制策略，完全消除系统的零序电压和共模电压。调制策略采用线电压坐标系法为基础，分析不同的零共模电压矢量对中点电位的影响，以此为依据提出该调制策略下首发矢量选择原则，并利用最优空间矢量理论实现优化控制，降低输出电压谐波含量。 以简化调制为目的，提出一种平均零序电压消除调制策略。该策略结合统一快速算法和空间电压矢量解耦方法，使得调制过程大为简化，缩短程序运行时间。通过改变有效时间Teff在开关周期内的位置，使1/2个开关周期内所产生的共模电压和零序电压的平均值为零，抑制零序电流，同时实现中点电位平衡控制。 为降低开关损耗，基于上述平均零序电压消除调制策略，提出一种零共模电压矢量钳位调制策略。在等效开关频率不变的前提下，通过两台逆变器交替钳位工作模式大大降低逆变器开关损耗；结合平衡因子法和逆变器轮流钳位方式，控制中点电位；在调制度m≤0.5时选择零矢量作为钳位矢量，避免了逆变器在正常状态与钳位状态之间切换时出现电压越级跳变现象(n→p或p→n)。 最后分析了双端级联式五电平逆变器死区和窄脉冲的影响，针对死区效应给出时间补偿和电压补偿两种解决方法；对窄脉冲消除方法进行研究，给出一种同时考虑死区补偿及窄脉冲消除的方法。