NPC三电平SVG特定消谐脉宽调制的优化

摘要

随着电力电子技术的飞速发展，非线性负载的广泛投入，大量的谐波和无功涌入电力系统，电力系统的安全稳定运行受到致命威胁，静止无功发生器(Static Var Generator,SVG)应运而生。SVG的核心是电力电子换流器的电路拓扑结构及其PWM控制策略。三电平电压源换流器(Voltage Source Converter,VSC)具有结构简单、易于控制、直流侧电压利用率高、输出谐波含量低等优点而被广泛应用。特定谐波消去脉宽调制(Selective Harmonic Eliminalion Pulse Width Modulalion,SHEPWM)是在特定时刻开通或者关断功率器件，使换流器输出电压中特定次数的谐波得以消除.有波形质量高、开关损耗小等优点。 首先， 论文在NPC型三电平电压源换流器拓扑上，基于四分之一周期对称建立了三电平SHEPWM的数学模型，运用传统数值算法求解了非线性方程组，得到多组解曲线，实现了同一调制度下有多组开关角可选。对多组解曲线进行了仿真实验，多角度分析了各组解曲线对系统性能的影响。 其次，论文分析SHEPWM方式下NPC型三电平VSC的死区效应及死区补偿策略，并在PSIM仿真环境中设计了SHEPWM死区补偿电路，该补偿电路可有效补偿死区对输出电压的影响；论文深入分析了中点电位不平衡原因，将SHEPWM投射到60°坐标系下的SVPWM,建立了直流侧中点电位波动的数学模型，提出了SHEPWM下的三电平SVG中点电位平衡控制策略:基于冗余小矢量替换原则的滞环控制策略。建立了调节中点电位的两种模式Model和Mode2，无需检测中点电流即可使中点电位快速恢复平衡。理论证明了替换原则的普适性，仿真始证了中点平衡控制的有效性。 最后，采用TMS320F28335控制芯片，依托NPC型三电平SVG实验平台，一次完成了原始开关角、Mode1、Mode2的脉冲发送实验，完成了三种状态下的三电平SVG实验，分别从交流侧和直流侧分析了系统的性能，从换流器的电压、电流输出波形及其FFT分析谐波特性，从直流侧电压分析中点平衡特性。实验验证了理论计算值的谐波消除特性，各组分立实验形成对比，验证了基于冗余小矢量替换原则的滞环控制策略的正确性和有效性。本文的研究结果对于系统性能的优化提供了指导。

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1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究进展

1.2.1 无功补偿装置的研究现状

1.2.2 SHEPWM研究现状

1.2.3 三电平换流器死区补偿控制研究现状

1.2.4 三电平换流器中点电位控制研究现状

1.3 本课题主要研究内容

2 三电平SVG的工作原理及控制策略

2.1 三电平SVG的结构及工作原理

2.2 三电平SVG的数学模型

2.3 三电平SVG的控制策略

2.4 本章小结

3 SHEPWM的数学模型及角度求解

3.1 SHEPWM的数学模型

3.1.1 三电平变换器SHEPWM的基本原理

3.1.2 三电平变换器SHEPWM非线性方程组的建立

3.2 SHEPWM开关角的离线求解

3.2.1 开关角初值的确定方法

3.2.2 SHEPWM非线性方程组的求解

3.3 本章小结

4 三电平SVG特定消谐脉宽调制的优化控制

4.1 三电平SVG的仿真

4.2 各组解对SVG系统性能的影响

4.3 三电平SHEPWM的死区补偿控制

4.3.1 死区效应的分析

4.3.2 死区的补偿策略

4.4 三电平SHEPWM的中点电位平衡控制

4.4.1 中点电位不平衡问题分析

4.4.2 开关矢量调整方案及滞环控制

4.5 本章小结

5 三电平SVG的实验

5.1 三电平SVG实验平台

5.1.1 系统的硬件设计

5.1.2 系统的软件设计

5.2 SHEPWM的三电平SVG实验

5.2.1 脉冲发送实验

5.2.2 三电平SVG实验

5.2.3 中点电位平衡实验

5.3 本章小结

6 课题总结与展望

6.1 课题总结

6.2 课题展望

致谢

参考文献

在校期间发表的论文