五电平逆变器SVPWM控制策略及过调制研究

摘要

多电平(Multilevel)逆变器广泛应用于大功率交流调速、有源滤波器、船舶推进等中高压、大功率工业场合。与传统变换器相比,多电平变换器具有输出性能好,谐波含量低,开关损耗低,电磁干扰小等优点。本文以二极管箝位型五电平逆变器为研究对象,对多电平中的关键技术进行研究。
　　首先,介绍了NPC/H等多电平逆变器的拓扑结构,重点分析了二极管箝位型五电平逆变器的工作原理。介绍了 SVPWM空间矢量调制算法及七段式开关序列的设计,研究了四种简化空间矢量脉宽调制策略:基于m-n坐标系算法、无坐标系算法、基于两电平分解算法以及分类算法,并应用于五电平矢量调制中,调制策略相对传统SVPWM调制方法简化了基本矢量的选取和作用时间的计算,省去了大量三角函数运算,节省了处理器的资源,通过仿真及实验证明了调制策略的正确性和有效性。
　　其次,为了改善逆变器的输出性能、充分利用直流侧电压,获得最大电磁转矩,本文针对五电平逆变器过调制控制策略进行深入研究。分别探讨了基于两电平分解、分类算法及叠加原理的过调制处理方案,给出了输出基波电压和谐波频谱,说明参考电压矢量能够从线性调制区域向过调制区域平滑过渡,扩大逆变器的运行范围。仿真和实验验证了过调制策略的有效性和准确性。
　　再次,分析研究了五电平矢量控制系统,以永磁同步电机作为五电平逆变器负载。分析了永磁同步电机的数学模型,讨论了转子磁链定向的id=0控制。仿真及实验表明id=0控制方式下的五电平矢量控制系统具有良好的动、静态性能,电机的转速和位置可以实现快速跟踪,而且误差很小,实现了电机的最大转矩控制。
　　最后,本文完成了NPC五电平逆变器主电路及控制系统的软、硬件设计,以TMS320F28335 DSP和XC3S400 FPGA为核心的控制系统搭建了NPC五电平逆变器实验平台,并基于该实验平台完成了本文所采用控制策略的相关实验的研究。

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1 绪论

1.1 研究背景及意义(Background and Significance of the Research)

1.2 多电平逆变器的发展及应用现状(Development and Application Status of Multi-Level Inverter)

1.3 多电平逆变器控制存在的主要问题 (The Main Problems of Multi-Level Inverter Control)

1.4 本文主要研究内容(Main Research Contents of This Paper)

2 五电平逆变器工作原理及PWM调制策略研究

2.1 五电平逆变器工作原理(Theory of Five-Level Inverter)

2.2 空间矢量SVPWM调制技术 (SVPWM Algorithm of Space Voltage)

2.3 本章小结(Chapter Summary)

3 五电平逆变器过调制策略研究

3.1 基于两电平的过调制处理(Scheme of Over-modulation Based on Two Level Algorithm)

3.2 分 类 算 法 过 调 制 处 理 (Scheme of Classification in Over-modulation Range)

3.3 基于叠加原理的过调制处理(Scheme of Over-modulation Based On Superposition Principle)

3.4 本章小节(Chapter Summary)

4 五电平逆变器矢量控制系统研究

4.1 引言(Introduction)

4.2 PMSM数学模型(Mathematic Model of PMSM)

4.3 矢量控制策略研究(Study of Vector Control Strategies)

4.4 五电平矢量控制系统仿真(Simulation of Five-Level Vector Control System)

4.5 实验分析(Experimental Analysis)

4.6 本章小结(Chapter Summary)

5 五电平逆变器控制系统软硬件设计

5.1 五电平逆变器主电路及控制系统结构(Main circuit and

5.2 系统主电路设计(System Main Circuit Design)

5.3 系统软件设计(Control Algorithm Design)

5.4 本章小结(Chapter Summary)

6 结论

参考文献

附录1 实验平台照片

作者简历

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