基于空间电压矢量控制的三电平逆变器研究

论文摘要

随着电力电子技术的发展,直流输电、无功功率补偿、电力有源滤波器等技术在电力系统中的兴起,中高压大功率变频调速系统的大量应用以及世界各地对环保技术的关注,都促使人们把更多地目光投入变频技术。因而如何满足现代工业的需要,解决传统变频技术中存在的诸多问题成为人们研究的目标。目前,多电平变流器以其谐波含量少、器件要求低、输出功率因数高和成本低的优点在大功率的变流器中得到了越来越广泛的应用。本文首先比较了多电平各种拓扑结构的特点及优越性,选择以二极管钳位式拓扑结构为逆变器主体。接着,阐述了二极管钳位式三电平逆变器的工作状态转换过程,同时将空间电压矢量原理引入三电平结构中,总结出三电平结构下的空间矢量分布。重点研究了三电平空间矢量与逆变器开关电压矢量的关系,将两者相联系进一步研究了空间矢量控制中开关矢量位置确定、矢量作用时间计算及其分配问题,完成了一种三电平空间矢量控制方法。并利用Matlab7.0/Simulink设计了逆变器系统模型,对该空间电压矢量控制算法进行了仿真,验证了该方法理论分析的正确性。最后,以TMS320LF2407A数字处理器为核心,对基于SVPWM控制的三电平逆变器控制系统进行了硬件设计,分析设计了驱动电路、继电器延时保护电路、母线电压检测电路、输出电流检测等电路的工作原理与设计,并对该系统进行了实验,得到了较为理想的结果。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 多电平技术的发展过程
• 1.3 多电平的 PWM 控制策略研究
• 1.4 国内外研究现状及意义
• 1.5 本文所做的主要工作
• 2 多电平逆变器的拓扑结构
• 2.1 二极管钳位式拓扑结构
• 2.2 飞跨电容式拓扑结构
• 2.3 级联式拓扑结构
• 2.4 本章小结
• 3 三电平空间电压矢量控制研究
• 3.1 变频调速的基本原理
• 3.2 坐标变换的基本原理
• 3.3 三相逆变器 SVPWM 控制策略
• 3.4 三电平逆变器 SVPWM 控制策略的研究
• 3.4.1 三相三电平逆变器的数学模型
• 3.4.2 二极管钳位式三电平逆变器的工作状态
• 3.4.3 三电平空间电压矢量分布
• 3.4.4 空间电压矢量区域判断
• 3.4.5 空间电压矢量作用时间
• 3.4.6 输出电压矢量的分配
• 3.5 中点电位平衡
• 3.6 本章小结
• 4 基于三电平逆变器系统的软硬件设计
• 4.1 功率电路的设计
• 4.1.1 母线电容的选择
• 4.1.2 功率开关管与箝位二极管的选取
• 4.2 基于 DSP 的控制系统
• 4.2.1 PWM 功能电路设计
• 4.2.2 驱动电路设计
• 4.3 检测和保护电路
• 4.3.1 继电器延时电路
• 4.3.2 直流母线过流保护电路
• 4.3.3 输出电流检测电路
• 4.3.4 三相电流不平衡保护电路
• 4.3.5 模拟信号给定处理电路
• 4.3.6 三相电压信号调理电路
• 4.4 系统软件设计
• 4.4.1 DSP 软件开发环境
• 4.4.2 主程序设计
• 4.4.3 定时器中断服务设计
• 4.4.4 SVPWM 程序设计
• 4.5 部分源程序
• 4.6 本章小结
• 5 算法仿真及实验
• 5.1 三电平 SVPWM 控制算法的仿真
• 5.1.1 仿真设计
• 5.1.2 仿真结果及分析
• 5.2 实验结果及分析
• 5.3 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集