级联型多电平逆变器及其调制方法研究

论文摘要

多电平逆变器与传统两电平逆变器相比,具有控制方式灵活、输出电压的相位和幅值便于调节与控制、输出电压谐波含量低、逆变效率高、适合于高压大功率输出等优点。因此,在各高压大功率交流电机变频调速、直流输电和电能综合治理等场合有着广泛的应用前景。级联型多电平逆变器除具有多电平逆变器的一般优点之外,还具有结构上易于模块化和扩展、无需均衡电容电压、便于实现软开关技术等一系列独有的优点。研究级联型多电平逆变器有助于发现新型的主电路拓扑结构,研究其调制方法可以使级联型多电平逆变器的控制更加简单。本文以级联型多电平逆变器主电路拓扑结构以及调制方法作为研究对象,主要进行了以下几方面的工作：(1)比较分析了目前存在的级联型多电平逆变器主电路拓扑结构的优缺点,对2H桥级联型逆变器主电路进行了深入分析,并建立了其数学模型。(2)研究了适合级联型多电平逆变器的调制方法,对适用于2H桥级联的多载波PWM调制方法与参考矢量移相SVM调制方法进行了分析。阐述了两种调制方法的原理,比较了各自的特点,并指出了两者之间的本质联系。(3)对多载波PWM调制方法与参考矢量移相SVM方法进行了Matlab仿真分析。对传统载波移相PWM调制方法进行了优化,研究了三次谐波注入法、零序分量注入法的优化方法,并在此基础上提出了一种混合信号注入的优化方法,仿真验证了三种优化方法的正确性；对参考矢量移相SVM方法进行了仿真分析,验证了其算法的优越性与理论的正确性。(4)针对级联型多电平逆变器存在高次谐波含量较大的问题,设计了LRC滤波器消除高次谐波,并在仿真中进行了验证。(5)对级联型多电平变频器实验系统的硬件与软件设计进行了简单的介绍,设计了三级2H桥级联的三相变频器实验系统。在仿真中给出了大量仿真波形,对比分析了优化后的多载波PWM调制方法的电压谐波特性,验证了理论的正确性与有效性,为级联型多电平逆变器的控制策略的研究打下了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.2 级联型多电平逆变器的研究现状
• 1.2.1 级联型多电平逆变器的电路拓扑结构
• 1.2.2 级联型多电平逆变器的PWM调制方法
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 级联型多电平逆变器的主电路结构分析
• 2.1 级联型多电平逆变器的结构与特点
• 2.2 级联型多电平逆变器主电路的基本单元分析法
• 2.3 级联型多电平逆变电路结构分析
• 2.3.1 直流侧电源电压相等的2H桥级联型逆变电路
• 2.3.2 直流侧电源电压不等的2H桥级联型逆变电路
• 2.3.3 3H桥级联型逆变电路
• 2.3.4 2H桥与3H桥混合级联型逆变电路
• 2.3.5 新型级联型多电平逆变器的电路结构
• 2.4 2H桥级联型逆变电路的数学模型分析
• 2.4.1 2H桥的数学模型
• 2.4.2 2H桥单元级联电路的数学模型
• 2.5 本章小结
• 第3章 级联型多电平逆变器的调制方法的研究
• 3.1 多电平逆变器的PWM控制方法分类
• 3.2 级联型多电平逆变器的多载波调制PWM法
• 3.2.1 载波层叠PWM法
• 3.2.2 载波水平移相PWM法
• 3.3 级联型多电平逆变器的空间矢量PWM法
• 3.3.1 参考矢量移相SVM法的基本原理
• 3.3.2 2H桥逆变器的参考矢量移相SVM方法
• 3.4 本章小结
• 第4章 级联型多电平逆变器的仿真研究
• 4.1 载波层叠PWM调制方法的仿真研究
• 4.1.1 载波层叠PWM算法的实现
• 4.1.2 仿真结果分析
• 4.2 载波水平移相PWM调制方法的仿真研究
• 4.2.1 载波水平移相PWM算法的实现
• 4.2.2 载波水平移相PWM调制方法的优化
• 4.2.3 仿真结果分析
• 4.3 参考矢量移相SVM调制方法的仿真研究
• 4.3.1 参考矢量移相SVM调制方法的实现
• 4.3.2 仿真波形
• 4.3.3 仿真结果分析
• 4.4 多载波PWM控制法与参考矢量移相SVM法的比较
• 4.5 级联型多电平逆变器输出滤波器的设计
• 4.6 本章小结
• 第5章 级联型多电平变频器实验系统的设计
• 5.1 系统的构成
• 5.2 主电路的硬件设计
• 5.2.1 移相变压器
• 5.2.2 二极管不控桥式整流电路
• 5.2.3 2H桥级联单元部分
• 5.3 控制电路的硬件设计
• 5.3.1 DSP硬件部分
• 5.3.2 CPLD硬件部分
• 5.4 系统的软件设计
• 5.5 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文