三电平逆变器的SVPWM控制策略及其在SPQC中的应用

摘要

随着电力电子技术的发展,多电平逆变技术已成为当前国内外高压、大功率电能变换研究的热点之一。它通过对直流侧的分压和开关动作的不同组合,实现阶梯波输出电压。多电平逆变技术能够有效地增大系统的容量和耐压,减小逆变器的开关损耗和输出电压谐波含量。多电平逆变器自从问世以来,在电力系统的高压、大功率应用场合一直受到人们的广泛关注。控制算法的简化和中点电压的平衡是多电平变换技术实用化进程中需解决的关键问题。首先研究了三电平逆变器的工作原理。在详细分析三电平逆变器直流侧电容电压不平衡问题之后,研究了当前的几种中点电压平衡方法。从矢量调制的角度出发,通过改进调制算法来使之平衡,实现了直流侧电容电压的稳定和平衡,提高了系统的稳定性且降低了输出的谐波含量。针对当前电力电子数字化技术的发展和对三电平SVPWM算法研究阐述得不够深入详尽的状况,对适于数字化实现的三电平逆变器空间电压矢量调制算法进行了深入研究,详细推导了算法并进行了改进,简化了控制算法。结合矢量调制的特点,采用动态调整正负空间电压矢量作用时间的方法来控制中点电压平衡,控制方便,实现容易。在理论分析和设计的基础上对三电平逆变器SVPWM调制算法进行了仿真。仿真结果证明该调制算法能够产生预期的输出电压波形,且实现容易,中点电位控制的效果也很明显,完全能达到设计要求。最后本文将二极管钳位型三电平逆变器应用于并联型三相三线制并联型电能质量控制器(SPQC)的主电路拓扑结构中。详细地研究了SPQC的谐波电流检测方法,并对基于三电平SVPWM的补偿电流跟踪控制方法进行了具体分析及其实现。最后利用MATLAB/SIMULINK对整个SPQC系统作了动态仿真研究,仿真结果表明了采用三电平SPQC对电力系统谐波进行抑制的有效性和优越性。

目录

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 多电平逆变器拓扑结构

1.1.1 二极管钳位型多电平逆变器

1.1.2 电容钳位型多电平逆变器

1.1.3 级联H 桥型多电平逆变器

1.2 多电平逆变器调制策略

1.2.1 多载波PWM 法

1.2.2 多电平电压空间矢量调制

1.2.3 三角载波移相PWM (CPS-SPWM)技术

1.3 并联型电能质量控制器的研究现状及发展趋势

1.3.1 谐波的危害及谐波研究的意义

1.3.2 传统滤波方法的缺点与电能质量控制器的提出

1.3.3 并联型电能质量控制器的国内外研究现状

1.3.4 并联型电能质量控制器的发展趋势

1.4 论文的主要工作

第二章 三电平逆变器的主电路研究

2.1 引言

2.2 三电平逆变电路的拓扑结构

2.3 三电平SVPWM 控制策略的基本原理

2.4 三电平逆变器直流侧电容电压不平衡问题的分析

2.5 直流侧电容电压的平衡

2.6 小结

第三章 三电平逆变器的SVPWM 算法

3.1 空间电压矢量脉宽调制（SVPWM）的基本原理

3.2 三电平逆变器空间电压矢量脉宽调制（SVPWM）的基本原理

3.2.1 空间电压矢量作用时间的计算

3.2.2 参考电压矢量所在扇区的判断

3.2.3 工作模式的划分

3.2.4 空间电压矢量作用顺序的确定

3.3 三电平逆变器中点电位控制的研究

3.4 三电平逆变器的仿真

3.4.1 仿真模型的建立

3.4.2 扇区号的判断

3.4.3 工作模式判断

3.4.4 矢量作用时间计算

3.5 本章小结

第四章 三电平SPQC 的研究

4.1 SPQC 的基本工作原理及其分类

4.2 电力系统谐波电流检测

4.2.1 i_p、i_q 检测法

4.2.2 仿真建模

4.3 三电平并联型电能质量控制器系统构成

4.4 基于三电平SVPWM 的补偿电流跟踪控制

4.5 三相三电平SPQC 仿真分析

4.6 本章小结

第五章 结论与展望

参考文献

致谢

在读期间取得的科研成果