NPC三电平逆变器的中点电位平衡研究

摘要

随着电力电子技术的发展，多电平逆变器逐渐发展成为实现中高压大容量功率变换的首要选择。在多电平逆变器多样化的拓扑结构中，二极管箝位型（NPC）三电平逆变器因其器件耐压要求低、等效开关频率高、输出波形好等优点得到了广泛的应用。但NPC三电平逆变器自身存在中点电位不平衡的问题，会带来输出电压波形失真严重、开关器件寿命缩短等不良影响。
　　本文以NPC型三电平逆变器为研究对象，采用空间电压矢量脉宽调制（SVPWM）方法作为NPC三电平逆变器的控制方法，进行理论分析和仿真研究。首先本文介绍了常见的多电平逆变器拓扑结构及各自的优缺点，阐述了NPC三电平逆变器的工作原理及特点；其次，分析了SVPWM算法的原理，针对传统SVPWM算法中存在的扇区判断与矢量作用时间计算量大的缺陷，本文采用60°坐标系下的SVPWM算法，可有效减少三角函数计算，提高系统运算速度；然后，针对中点电位不平衡的原因及不良影响做了详尽分析，并分别介绍一种硬件和两种软件控制方法。硬件控制方法是通过改变三电平逆变器电路结构达到抑制中点电压波动的目的。软件控制方法中的一种是通过合理分配正负小矢量作用时间起到控制中点电位平衡的作用；另一种是利用中小矢量构建虚拟空间矢量，使中小矢量都参与对中点电压的控制，以取得更好的控制效果。
　　在MATLAB/Simulink仿真环境中，对三电平逆变器SVPWM调制方法与中点电位平衡的控制方法建立仿真模型，在不同仿真条件下得到逆变器输出电压波形和中点电压波形。并采用TMS320F28335型DSP为控制核心搭建三电平逆变器控制系统硬件实验平台，进行实验。通过仿真与硬件实验验证本文采用的控制方法的正确性与有效性。

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摘 要

Abstract

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Contents

1绪 论

1.1 课题研究的背景与意义

1.2 多电平逆变器的发展概况与研究现状

1.3 本文研究的主要内容

2NPC三电平逆变器SVPWM调制方法

2.1 引言

2.2 NPC三电平逆变器的工作原理

2.3 传统三电平SVPWM算法的实现

2.4 60 坐标系下三电平SVPWM算法的实现

2.5 本章小结

3NPC三电平逆变器中点电位平衡控制方法

3.1 引言

3.2 中点电位不平衡机理的分析

3.3 中点电位平衡的控制方法

3.4 本章小结

4软件仿真

4.1 引言

4.2 三电平逆变器SVPWM调制方法的仿真

4.3 采用S函数模块的三电平逆变器仿真

4.4 基于虚拟空间矢量法的仿真

4.5 本章小结

5三电平逆变器控制系统的设计

5.1 引言

5.2 三电平逆变器控制系统的硬件设计

5.3 三电平逆变器控制系统的软件设计

5.4 实验平台与实验波形

5.5 本章小结

6总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间的主要成果