二极管钳位型五电平逆变器优化调制及平衡技术研究

摘要

在新型高压大功率变换装置中，多电平逆变器相比于传统两电平逆变器有着诸多优势，如控制方式灵活、逆变效率高、适合于高压大功率输出等。同时，采用多电平变换技术可以显著提高逆变器输出电压的质量指标。因此，随着功率器件的不断发展，多电平逆变器将在高压大功率领域有着广阔的应用前景。
　　二极管钳位型五电平相对三电平具有诸多优势，但其存在直流侧电容电压均压困难的问题。本文针对二极管钳位型五电平逆变器在高低调制比下存在的不同均压问题，提出了改进型优化均压算法，完成了全调制比内的直流侧电容均压，具体工作内容如下:
　　首先，本文研究了二极管钳位型五电平逆变器在低调制比(m＜0.5)下的均压策略与矢量序列的切换，分析得出二极管钳位型五电平逆变器基于目标函数优化的均压策略。针对七段式和五段式矢量合成序列，根据参考矢量所在三角形区域，提出两种矢量序列切换规则，解决了二极管钳位型五电平逆变器直流侧电容均压及窄脉冲消除问题。
　　其次，由于基于目标函数优化最近三矢量SVM均压算法受调制比和功率因数影响，二极管箝位型五电平逆变器在高调制比(m＞0.5)下几乎无法输出有功功率。针对这一问题，本文提出一种二极管钳位型五电平逆变器高调制比高功率因数改进的SVPWM均压方法。算法利用了内六边形6个有效矢量4种冗余状态对电容电压的控制能力，解决了二极管钳位型五电平逆变器高调制比电容电压均压受功率因数限制的问题。
　　最后，以上述理论为基础完成相应仿真和实验平台下的算法编写，通过对所得仿真及实验结果分析验证得出:本文所提出的控制算法能够实现全调制比内的直流侧电容快速均压，直流侧电压纹波峰峰值较低，在各种突发状况下有着较好的动态性能;另外，输出电流畸变率低，THD参数理想，实现了优化调制的预期目标。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景及研究的目的和意义

1．2 多电平逆变器研究现状

1．2．1 多电平逆变器拓扑结果研究现状

1．2．2 多电平逆变器调制技术研究现状

1．3 五电平逆变器当前研究现状及难点

1．3．1 五电平逆变器电容电压均压问题

1．3．2 五电平逆变器高调制比下全功率因数均压问题

1．4 本文的主要研究内容

第二章 二极管钳位型五电平逆变器拓扑结构及调制技术

2．1 二极管钳位型五电平逆变器拓扑结构

2．1．1 二极管钳位型五电平逆变器工作原理

2．1．2 改进型二极管钳位型五电平逆变器拓扑结构

2．2 二极管钳位型五电平逆变器SVPWM算法

2．2．1 60°坐标系SVPWM算法

2．2．2 参考电压分解多电平SVPWM算法

2．3 本章小结

第三章 二极管钳位型五电平逆变器低调制比均压策略

3．1 基于目标函数的均压策略

3．2 矢量合成与切换原则

3．2．1 矢量序列的合成

3．2．2 窄脉冲消除

3．2．3 矢量序列的切换

3．3 本章小结

第四章 二极管钳位型五电平逆变器高调制比高功率因数均压策略

4．1 改进矢量分解SVPWM算法原理

4．1．1 二极管钳位型五电平逆变器矢量控制调节规律

4．1．2 二极管钳位型五电平逆变器空间矢量图分解

4．2 矢量序列合成与选择原则

4．2．1 电容电压状态分类

4．2．2 矢量序列的选择

4．3 本章小结

第五章 二极管钳位型五电平逆变器仿真与实验验证

5．1 二极管钳位型五电平逆变器仿真研究

5．1．1 仿真软件MATLAB／Simulink介绍

5．1．2 系统仿真模型搭建

5．1．3 仿真结果及分析

5．2 二极管钳位型五电平逆变器实验研究

5．2．1 处理器DSP／FPGA简介

5．2．2 系统实验平台构建

5．2．3 实验结果及分析

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文工作总结

6．2 后续工作展望

致谢

参考文献

作者简介