基于SVPWM的NPC三电平VSI直流侧电容电压控制研究

摘要

三电平NPC逆变器具有耐压高、功率大、谐波低等优势，而被广泛地应用于发电、输电、配电系统中，但是三电平逆变器直流母线电容器组中点电压的波动问题是影响三电平逆变器性能的关键，近年来受到许多学者的关注和研究。本文着重从抑制三电平逆变器中点电压波动和在低调制度情形下的有效控制等方面，根据空间电压矢量序列对逆变器中点电流的影响不同，通过改进逆变器调制策略对其展开研究。具体的研究内容如下。
　　1、在对三电平逆变器直流母线电容器可靠性、中点电压偏移等问题进行阐述的基础上，分析并对比研究应用于三电平逆变器的几种常用调制策略，以及SVPWM、SHEPWM、SVPWM的中点电压平衡能力，进而说明应用空间电压矢量调制策略抑制中点电位的可行性。
　　2、详细地阐述了三电平SVPWM控制的原理和基本实现步骤，比较了传统三电平SVPWM方法和虚拟空间电压矢量(VSVPWM)方法控制策略的中点电压平衡能力及其在不同调制度下的平衡控制能力。经研究可知:传统SVPWM方法的输出具有较好的谐波输出特性，VSVPWM方法具有较好抑制中点电流产生的能力。本文针对传统VSVPWM中点电压平衡能力在低调制度下失效问题，以及根据最近三虚拟矢量法则增大谐波问题，在原SVPWM控制模式基础上，对小区域电压矢量控制进行细分化，给出一种新颖的SVPWM方法，它具良好的中性点电位平衡能力，使得中点电压的控制方法更加灵活、准确，且调制度范围更广。并基于改进的SVPWM方法，对虚拟矢量进一步分析研究。
　　3、设计并搭建了NPC三电平VSI逆变器实验平台，实验结果验证了本文所提方法的可行性与有效性。
　　本文感谢安徽省高校自然科学基金的支持（中点箝位型多电平电压源变流器关键元件失效机理分析及可靠性研究，编号:KJ2016SD02）。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 电力电子器件的发展

1．3 多电平逆变器发展现状

1．4 电容可靠性和中点电位平衡技术的发展

1．4．1 电容器可靠性的发展

1．4．2 多点平逆变器中点电压平衡技术的发展

1．5 本文的研究内容

第二章 三电平逆变器调制策略的研究

2．1 概述

2．2 正弦脉宽调制策略

2．2．1 单极性调制

2．2．2 双极性调制

2．3 特定次谐波消除脉宽调制

2．4 空间电压矢量调制法

2．4．1 空间电压矢量小区域的划分

2．4．2 空间电压矢量的选择及其作用时间的计算

2．4．3 三相脉冲序列的确定和优化

2．5 虚拟空间电压矢量调制方法

2．5．1 三电平空间电压矢量与中点电压问题

2．5．2 虚拟空间电压矢量

2．6 小结

第三章 基于改进SVPWM的中点电位平衡控制策略研究

3．1 引言

3．2 改进SVPWM的原理

3．3 分配系数K1的取值对中点电压的影响

3．4 改进SVPWM中点电压调压原理

3．5 仿真分析

3．6 小结

第四章 三电平NPC逆变器系统设计和实验

4．1 主实验平台结构

4．2 采样电路和驱动电路

4．3 程序控制部分的实现

4．4 实验结果

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

附图表

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文