三电平变频器中点电位平衡算法研究

论文摘要

目前能源日益短缺,环境污染日益严重,节能减排技术正成为的研究越来越受重视的技术,其中高压大功率多电平变频器日益成为研究热点。因为多电平技术器件耐压要求较低、等效的开关频率比较高、不需要动态均压电路、并且设备的输出波形好,因此在电力系统、交通运输、石油化工、矿石采掘等方面得到了广泛的应用。但在NPC型多电平变频器的应用过程中,也出现了许多需要解决的问题,其中中点电位不平衡问题就是比较突出的问题之一。中点电位不平衡将带来输出电压波形畸变、开关器件承受的电压不均衡、电容的寿命降低、可能导致M电平退化为三电平或两电平等危害,因此必须解决。本文将以应用最为广泛的NPC三电平变频器为研究对象,对NPC型三电平变频器固有的中点电位不平衡问题进行分析研究,并采用一种软件控制策略对中点电位进行控制,其算法也可以推广到任意多电平结构。论文分析了(NPC)三电平变频器中点电位不平衡的机理及危害。通过优化三电平SVPWM控制算法,利用正负小矢量对中点电位的不同影响,采用了一种通过控制正负小矢量作用时间控制中点电位平衡的算法。利用MATLAB/SIMULINK仿真软件对该中点电位平衡算法进行了仿真,并在实验室条件下搭建了NPC三电平变频器实验电路,采用TMS3202812 DSP数字处理器实现了控制算法。仿真分析和实际实验都验证了所采用的控制方法的有效性,取得了较好的抑制中点电位偏移的效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的意义
• 1.2 课题研究的现状
• 1.2.1 高压大功率多电平变频器发展简介
• 1.2.2 多电平变频器的研究和应用现状
• 1.2.3 高压多电平大功率变频器的拓扑结构
• 1.2.4 NPC 多电平变频器直流中点电位不平衡问题的研究
• 1.3 本论文主要研究内容
• 第2章 变频器的空间电压矢量控制
• 2.1 空间电压矢量控制的基本工作原理
• 2.1.1 空间电压矢量的概述
• 2.1.2 SVPWM 的算法分析
• 2.1.3 SVPWM 的计算机Simulink 仿真
• 2.1.4 SVPWM 仿真结果分析
• 2.2 三电平NPC 型变频器的结构及工作原理
• 2.2.1 三电平NPC 型变频器的基本结构
• 2.2.2 三电平NPC 型变频器的基本工作原理
• 2.3 三电平NPC 型变频器的空间电压矢量控制
• 2.3.1 三电平SVPWM 控制的空间电压矢量分布图
• 2.3.2 三电平NPC 型变频器SVPWM 算法的研究
• 第3章 NPC 型三电平变频器中点电位平衡的研究
• 3.1 引言
• 3.2 导致NPC 三电平变频器中点电位不平衡的原因分析
• 3.2.1 电容充放电不平衡造成的中点电位偏移
• 3.2.2 直流母线侧器件原因及其它原因
• 3.3 变频器中点电位不平衡的负面影响
• 3.4 抑制变频器中点电位不平衡的措施
• 第4章 NPC 三电平变频器的中点电位控制的实现
• 4.1 试验系统的硬件设计
• 4.1.1 主电路中各器件的选择
• 4.1.2 隔离驱动电路的选择
• 4.1.3 缓冲保护（snubber）电路
• 4.1.4 检测电路
• 4.2 DSP 芯片简介
• 4.2.1 事件管理器EVA 和EVB
• 4.2.2 模数转换模块ADC
• 4.2.3 输入输出端口I/O
• 4.3 实验系统的DSP 编程实现
• 4.3.1 SVPWM 控制算法的DSP 实现
• 4.3.2 控制中点电位平衡的算法
• 第5章 实验波形及分析
• 5.1 实验设备样机
• 5.2 实验输出波形及分析
• 5.2.1 变频器的输出电压波形
• 5.2.2 变频器直流母线中点电压的波形
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢