基于SVPWM的级联多电平变频器的控制算法研究

摘要

以大容量半导体器件为基础，结合高性能控制策略和多电平拓扑结构来发展中高压大功率变频调速技术，对我国工业控制及能源节约具有重要意义。本文以级联七电平变频器为研究对象，重点对SVPWM在级联逆变器上的实现方法进行研究，改进并完善试验平台。通过建立仿真模型和进行实验来论证其可行性。
　　 论文首先对多电平逆变器发展前景进行概述，介绍了大功率逆变器的拓扑结构及调制方法。阐述了以2电平控制技术为基础，应用于级联H桥实现多电平变频的原理，再介绍了基于普通2电平SVPWM的级联多电平控制方法，结合零矢量位置随机的SVPWM级联多电平控制方法及基于统一电压调制SVPWM的级联多电平控制方法。
　　 从提高系统性能及装置可靠性出发，改进了原有逆变器的控制电路及控制程序，调试硬件电路并编写控制程序。以基于数字信号处理器(DSP)和现场可编程门阵(FPGA)模块搭建控制电路。在控制程序部分，DSP主要负责产生初始控制信号，FPGA主要负责生成36路控制信号，并生成死区。DSP依据控制算法产生3路控制信号，FPGA接收DSP数据，并依据简化调制原理产生对应的36路控制信号。
　　 最后依据三种SVPWM控制方法在级联H桥变频器上的实现原理搭建仿真模型，依据实验平台参数设置仿真参数并进行仿真对比分析。总结出简单实用的级联多电平SVPWM控制方法即基于统一电压调制的SVPWM控制方法，并利用实验平台进行试验验证。成功实现变频器变频调速功能。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1研究背景和意义

1.2高压变频器的研发状况及发展趋势

1.3变频调速系统的控制策略

1.4本文的主要研究工作

第2章 多电平逆变器的拓扑结构及调制策略

2.1主要的多电平逆变器的拓扑结构

2.1.1二极管箍位型

2.1.2飞跨电容型

2.1.3级联型多电平逆变器

2.1.4混合级联多电平逆变器

2.2多电平调制策略

2.2.1阶梯波脉宽调制

2.2.2特定消谐波PWM技术

2.2.3载波PWM技术

2.2.4电压空间矢量(SVPWM)调制

2.3坐标变换

2.3.1 Clarke变换(3s-2s变换)

2.3.2 Park变换(2s／2r变换)

2.3.3 3s／2r变换

第3章 SVPWM的多电平级联H桥控制方法

3.1基于SVPWM的级联多电平控制方法

3.1.1载波移相级联多电平SVPWM原理

3.2结合零矢量位置随机的SVPWM级联多电平控制方法

3.2.1零矢量位置随机

3.2.2随机数产生方法

3.3基于统一电压调制的级联多电平控制方法

3.3.1统一电压调制技术

3.3.2统一电压调制技术与SVPWM的统一

3.4级联多电平变频器简化调制方法

3.4.1二重化SPWM调制原理

3.4.2级联多电平变频器简化调制方法

第4章 级联逆变器实验系统

4.1硬件系统结构

4.2主电路

4.2.1三相不控整流电路

4.2.2功率单元H桥逆变电路

4.3系统控制电路

4.3.1控制板电路结构

4.3.2控制系统组成及功能

4.4通信电路

4.5系统软件设计

4.5.1主程序

4.5.2 FPGA内部的软件设计

第5章 系统仿真及实验

5.1 SVPWM的级联7电平控制方法建模

5.1.1仿真参数设置如下

5.2零矢量位置随机的SVPWM级联7电平控制方法建模

5.2.1仿真模型

5.3基于统一电压调制的级联7电平控制方法建模

5.3.1仿真模型

5.4仿真结果

5.4.1 SVPWM的级联7电平控制方法仿真

5.4.2零矢量位置随机的SVPWM级联7电平控制方法仿真

5.4.3基于统一电压调制的级联7电平控制方法建模仿真

5.5开环控制仿真结果分析

5.5.1开环控制50Hz输出时线电流FFT分析

5.5.2开环控制30Hz输出时线电流FFT分析

5.6系统实验

5.6.1系统空载实验

5.6.2带异步电机的空载试验

5.6.3实验结果分析

结 论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文