三電平逆變器中點(diǎn)電位平衡控制研究論文

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1、三電平逆變器中點(diǎn)電位平衡控制研究畢業(yè)論文目錄摘要IABSTRACTII1前言42三電平逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其工作原理62.1引言62.2飛跨電容型三電平逆變器62.2.1拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及工作原理62.2.2飛跨電容型三電平逆變器的特點(diǎn)82.3級(jí)聯(lián)型三電平逆變器82.3.1拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及工作原理82.3.2級(jí)聯(lián)型三電平逆變器特點(diǎn)92.4中點(diǎn)鉗位型三電平逆變器92.4.1拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及工作原理92.4.2NPC三電平逆變器的特點(diǎn)102.5本章小結(jié)103NPC三電平逆變器SVPWM控制方法研究113.1引言113.2NPC三電平逆變器空間電壓矢量113.3NPC三電平逆變器空間電壓矢量PWM

2、的傳統(tǒng)算法133.4矢量分配及優(yōu)化173.5本章小結(jié)184中點(diǎn)電位平衡控制研究204.1引言204.2NPC三電平逆變器中點(diǎn)電位不平衡原因204.3中點(diǎn)電位平衡控制224.4調(diào)節(jié)因子失效與修正234.5本章小結(jié)245實(shí)驗(yàn)仿真255.1引言255.3仿真結(jié)果275.4本章小結(jié)296全文總結(jié)30致謝3129攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1前言1前言需要應(yīng)用到逆變器的場(chǎng)合非常廣泛，在能源轉(zhuǎn)換的過(guò)程中起著不可或缺的作用，而兩電平逆變器由于具有功率管的開(kāi)關(guān)損耗高、輸出電壓電流諧波含量較高、功率管承受的電壓較大的等特點(diǎn)，在中高容量場(chǎng)合應(yīng)用得不是很廣泛。三電平逆變器的出現(xiàn)，將大功率逆

3、變器的研究提升到了新的階段。如果是要跟兩電平逆變器相比較的話，則三電平逆變器具有以下優(yōu)勢(shì)：（1）開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)損耗低；（2）相同開(kāi)關(guān)頻率下，輸出電壓電流諧波含量大幅降低；（3）開(kāi)關(guān)管承受的電壓為直流電源電壓的一半[1]。因此，三電平逆變器在高壓變頻器、靜止無(wú)功發(fā)生器、有源電力濾波器、柔性交流輸電、電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償和吸收等多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的推廣。其中，NPC三電平逆變器是相對(duì)與其它拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的逆變器被研究得最為熱門的。該逆變器由于自身拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)，難于避免地出現(xiàn)直流側(cè)中點(diǎn)電位不平衡現(xiàn)象。中點(diǎn)電位不平衡會(huì)給逆變系統(tǒng)帶來(lái)諸多問(wèn)題，主要為：系統(tǒng)器件擊穿風(fēng)險(xiǎn)增大，輸出波形產(chǎn)生畸變，輸出

4、波形諧波含量增大，功率管承受電壓增高以及使用壽命變短，導(dǎo)致系統(tǒng)輸出電能質(zhì)量變差。為了使NPC三電平逆變器安全穩(wěn)定地運(yùn)行，必須確保直流側(cè)電容中點(diǎn)電位平衡。平衡中點(diǎn)電位的方法主要有兩種，分別為硬件控制方法和算法控制方法。硬件控制方法則是選擇在直流側(cè)使用兩個(gè)獨(dú)立的直流電源，直接避免了中點(diǎn)電位不平衡；算法控制方法則是通過(guò)調(diào)整脈沖寬度調(diào)制（PWM）脈沖序列來(lái)平衡中點(diǎn)電位。如果采用硬件控制方法，則增加硬件使系統(tǒng)成本增加，如果采用算法控制方法則不會(huì)增加系統(tǒng)成本，因而更具用吸引力。本文的研究目的就是采用算法控制方法中的一種來(lái)實(shí)現(xiàn)中點(diǎn)鉗位型三電平逆變器中點(diǎn)電位平衡控制。該方法是以SVPW

5、M算法為基礎(chǔ)，引入調(diào)節(jié)因子，并分析在部分區(qū)域失效的原因和提出修正的方法。本文的主要內(nèi)容劃分為六個(gè)章節(jié)進(jìn)行闡述，各個(gè)章節(jié)的主要內(nèi)容如下：第1章闡述了本課題的研究背景和意義，扼要介紹了中點(diǎn)鉗位型三電平逆變器的優(yōu)缺點(diǎn)和本文的研究目的。第2章闡述了常見(jiàn)的三電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及工作原理，具體分析了相對(duì)應(yīng)的優(yōu)缺點(diǎn)。第3章介紹了中點(diǎn)鉗位型三電平逆變器SVPWM理論知識(shí)和傳統(tǒng)算法，給出了矢量作用時(shí)間的計(jì)算公式并提出矢量的優(yōu)化策略。第4章針對(duì)中點(diǎn)鉗位型三電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析中點(diǎn)電位不平衡的原因，建立中點(diǎn)電流的數(shù)學(xué)模型，提出中點(diǎn)電荷的調(diào)制方法。29攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1前言第

6、5章在MATLAB/Simulink仿真平臺(tái)上對(duì)中點(diǎn)電位平衡控制進(jìn)行仿真并驗(yàn)證該控制方案的正確性和可行性。第6章對(duì)全文的內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，并且提出了算法中存在的一些問(wèn)題和給出了進(jìn)一步研究方向的指導(dǎo)和個(gè)人建議。29攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）2三電平逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其工作原理2三電平逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其工作原理2.1引言三電平逆變器發(fā)展出很多類型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，目前常見(jiàn)的有以下三種：飛跨電容型三電平逆變器（Flying-capacitorThree-levelInverter)、級(jí)聯(lián)型三電平逆變器（CascadeThree-levelInverter）、中點(diǎn)鉗位型三電平逆變器

7、（Neutral-point-ClampedThree-LevelInverter）。下面分別就這三種常見(jiàn)的三電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。2.2飛跨電容型三電平逆變器2.2.1拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及工作原理飛跨電容型三電平逆變器[2]的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2-1所示。圖2.1飛跨電容型三電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)由圖2.1可以看出，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中每個(gè)橋臂包含四個(gè)開(kāi)關(guān)器件，四個(gè)反并聯(lián)二極管和一個(gè)電容。另外，直流側(cè)有兩個(gè)相同的電容器串聯(lián)，因此，飛跨電容電壓必須等于，這樣電路才能正常工作。以A相為例子，開(kāi)關(guān)與、開(kāi)關(guān)與工作狀態(tài)互補(bǔ)，并以表示A相的輸出狀態(tài)。如圖2-2(a)所