NPC型三相三电平逆变器系统研究

摘要

大功率电力电子设备广泛应用于电力、交通等许多领域，多电平拓扑结构结合新型大容量开关器件、优良的控制方法是大功率电力电子设备的发展方向。其中，二极管中点钳位(Neutral-Point Clamped)型三电平逆变器由于其较为简单的结构和控制、较高的性价比，成为目前应用较广的多电平变换器之一。
　　文章首先介绍几种不同拓扑结构的多电平变换器的研究现状以及研究热点；随后详细分析三电平的不同的空间矢量调制算法的优劣。与两电平相比，三电平拥有更多的矢量，实现SVPWM的途径随之增多，何种实现方法准确度高、计算量小、处理速度快、占用处理芯片内存小等问题值得深入分析；本文研究对象为地铁辅助变流器，因此对输出波形质量要求很高，需要具备很高的稳态精度，很好的动态性能，要求在频繁的突加、突减负载时，系统仍然能够稳定运行。针对该要求，本文提出一种基于离散域的PI+状态反馈的控制策略；针对离散域的负载电流前馈解耦通道复杂难求，本文详细分析控制器的作用机理，据此提出一种新型求解负载电流前馈传递函数的方法，仿真和实验结果证明该控制方法不仅使系统稳态精度高，而且动态性能也能满足要求。最后根据NPC型三相三电平逆变器带异步电机开环控制系统的低频震荡现象，分析异步电机容易低频振荡的机理，指出NPC型三相三电平逆变器在控制性能良好的情况下，死区是引起异步电机低频振荡的主要原因，据此提出一种新型死区补偿策略来改善此现象。

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1 绪论

1.1 多电平变换器发展背景

1.2 本文研究背景和意义

1.3 本文主要内容

2 NPC型三相三电平逆变器SVPWM算法研究

2.1 引言

2.2 三电平逆变器基本原理

2.3 参考矢量位置判断

2.4 矢量作用时间计算

2.5 功率开关管开关序列优化

2.6 仿真和实验分析

2.7 本章小结

3 NPC型三相三电平逆变器控制策略研究

3.1 引言

3.2 NPC型三相三电平逆变器的数学模型

3.3 基于离散状态空间的NPC型三相三电平逆变器控制策略

3.4 仿真和实验分析

3.5 本章小结

4 NPC型三相三电平逆变器—异步电机开环控制系统低频振荡

4.1 引言

4.2 系统轻载振荡现象

4.3 NPC型三电平逆变器死区效应的产生机理及影响

4.4 死区误差电压矢量等效补偿策略

4.5 仿真和实验分析

4.6 本章小结

5 总结与展望

5.1 工作总结

5.2 工作展望

致谢

附录 攻读学位期间的研究成果

参考文献