二极管箝位型三电平逆变器中点电位控制的研究

摘要

随着电力电子技术和计算机技术的不断发展，节能减排越来越受到重视，交流变频调速技术已经被广泛应用。但是在高压大功率的场合，交流变频调速系统的应用受到电力电子器件耐压等级和耐受电流的限制。三电平拓扑结构解决了这个技术瓶颈，其中二极管箝位型三电平拓扑结构应用最为广泛，但是由于三电平自身结构的原因，存在中点电位偏移这一亟需解决的问题，本文主要针对基于异步电机矢量控制系统的三电平逆变器中点电位偏移问题进行了深入地研究。
　　本文主要分析了中点电流是本中点电位波动的质，建立了中点电流的数学模型，并且根据数学模型对传统的SVPWM算法的局限性进行了详细的分析，然后提出了改进的虚拟空间矢量算法，并对该算法进行了详细的研究分析。
　　本文首先分析了二极管箝位型三电平逆变器的拓扑结构和主电路的工作原理。然后得出了三电平的27种工作状态，并且对同一桥臂开关状态的改变进行了暂态换路分析。通过27种工作状态得出了空间矢量分布图。接着由开关状态对中点电位影响分析出了中点电流是中点电位波动的本质，并且建立了中点电流的数学模型，然后分析了不同工作状态下对应的中点电流。最后在得出开关状态对中点电位影响的基础上分析了中点电位偏移对空间矢量合成的影响。
　　其次，本文讨论了三电平SVPWM算法，对算法的扇区判断、空间矢量选择、矢量作用时间计算以及开关顺序选择都进行了详细的分析。然后根据中点电流公式和三相电流瞬时值公式分析出了各个小扇区的中点电流与调制度、相位角、功率因数角的关系。最后分析SVPWM对中点电位控制的局限性。从而引出了改进的虚拟空间矢量算法，并且详细的给出了算法的扇区判断、矢量选择、矢量作用时间以及开关顺序。
　　再次，本文讨论了异步电机的几种数学模型。详细的讨论了矢量控制的基本原理并且对矢量控制系统的定子电压解耦模型、电流环模型、速度环模型以及间接计算转子磁链模型进行了设计。
　　最后，本文以上述理论分析为基础，在Matlab/Simulink中对控制系统进行了仿真，得到的仿真结果表明控制系统具有很好的动态响应和稳态精度。在中点电位控制的系统仿真方面，仿真结果表明了所提出的控制算法能够很好地解决中点电位波动这一问题，证明了提出的方案的正确性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 多电平逆变器综述

1．2．1 多电平逆变器发展概况

1．2．2 多电平逆变器拓扑结构

1．2．3 多电平逆变器的控制策略

1．2．4 多电平逆变器中点波动问题

1．3 课题研究的概况

1．3．1 课题研究的背景

1．3．2 课题研究的主要内容

第2章 NPC三电平逆变器中点电位波动分析

2．1 简介

2．2 二极管箝位型三电平逆变器

2．2．1 拓扑结构

2．2．2 开关状态

2．2．3 暂态换路分析

2．2．4 空间矢量分布图

2．2．5 NPC三电平逆变器的优缺点

2．3 中点电位波动的分析

2．3．1 开关状态对中点电位的影响

2．3．2 中点电流模型

2．3．3 空间矢量及其中点电流

2．3．4 中点电压偏移对矢量合成的影响

2．4 本章小结

第3章 三电平逆变器改进算法的研究

3．1 SVPWM算法

3．1．1 扇区的判断

3．1．2 空间矢量的选择

3．1．3 矢量作用时间计算

3．1．4 开关顺序的选择

3．1．5 驱动信号的生成

3．2 SVPWM对中点电位控制的局限性

3．3 改进的空间矢量算法

3．3．1 虚拟矢量介绍

3．3．2 扇区的选择

3．3．3 虚拟空间矢量的选择

3．3．4 输出电压作用时间的计算

3．3．5 开关作用顺序

3．4 本章小结

第4章 异步电机矢量控制系统设计

4．1 异步电机的数学模型

4．1．1 空间矢量电动机模型

4．1．2 异步电机在几种坐标系下的数学模型

4．1．3 坐标变换

4．2 矢量控制系统

4．2．1 矢量控制的基本原理

4．2．2 矢量控制系统的设计

4．3 本章小结

第5章 控制系统的仿真

5．1 仿真系统的参数

5．2 仿真系统的建立

5．2．1 算法仿真模型建立

5．2．2 转子间接磁场定向控制模型建立

5．3 系统仿真的分析

5．3．1 中点电位的仿真分析

5．3．2 系统仿真分析

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

参考文献

致谢