多电平逆变器一维空间矢量调制技术
发布时间：2020-05-29 07:00
【摘要】：多电平逆变器具有电平数多、开关频率低、输出波形质量好、电压变化率du/dt小、低电磁干扰等优点,在新能源、高压大功率领域有着越来越重要的应用。但随着电平数的扩展及拓扑的复杂,传统的正弦脉宽调制(sinusoidal pulse width modulation,SPWM)和空间矢量调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)存在通用性差、计算复杂,共模电压较大的缺点。本文基于一维空间矢量调制,提出一种锯齿载波实现方法,具体工作如下:(1)针对传统调制策略通用性差、计算复杂的问题,本文将桥臂输出状态模拟为一维的电压矢量,通过简单的判断和计算得到矢量作用时间,根据矢量作用时间将一个脉冲拆分成几个脉冲分解调制波,分解后的调制波与锯齿载波比较后输出。该法计算简单,且拥有冗余矢量选取、脉冲宽度、脉冲位置三个可控自由度,通用性强。(2)针对含有开关电容的七电平逆变器箝位电容电压难以平衡的问题,采用一维空间矢量调制分别从脉冲宽度比例分配和脉冲个数比例分配出发实现了箝位电容电压控制。结果表明,脉宽分配开关损耗略优于脉冲个数分配,脉冲个数分配输出谐波性能明显优于脉宽分配,仿真和实验验证了其可行性与正确性。(3)针对单相和三相逆变器系统,推导了滤波电容中点接回直流侧中点的LCL滤波器的共模及差模等效回路,利用共模电感,根据差模、共模滤波要求给出了共模差模解耦的参数设计流程,并将此设计方法应用到了单相、三相不同调制方法的优劣评价中。通过仿真和实验验证了设计方法的正确性及可行性。(4)针对单相逆变器不同场合的需求,从电平数、共模电压、谐波性能、滤波参数等方面比较了采用不同电平桥臂的组合特性。结果表明二七组合共模电压最大跳变为Udc,适用于无共模电压要求的场合,它所用器件最少,最多能输出13电平,差模电压谐波性能居中。载波移相调制的七七组合方式共模电压限制在正负1/12Udc,适用于寄生电容较小的场合,它最多能输出13电平,差模电压谐波性能最好。载波不移相调制的七七组合方式电压共模电压为0,适用于寄生电容较大的场合,它最多能输出7电平,差模电压谐波性能最差。通过仿真和实验证明了各调制方法可行性以及对不同场合的适用性。(5)针对一维空间矢量调制在三相逆变器中的应用,分析了三相PWM波的相对位置与共模电压幅值关系,得出不同的位置关系可以将共模电压幅值分为0、E/3、2E/3三种情况。利用一维空间矢量调制分别就三种情况给出相应的调制策略,并且从差模电压、共模电压幅值、滤波参数等方面进行了性能对比。共模电压为0的调制策略,可用于寄生电容较大,共模漏电流难以抑制的场合,它的线电压电平层交叠区域较多,谐波性能最差,开关频率最高。共模电压为E/3的调制策略,可用于寄生电容较小的场合,它的线电压有电平层交叠现象,主要集中在桥臂间电压极性相反的区域,谐波性能居中。共模电压为2E/3的调制策略,可用于无共模电压要求或者寄生电容较小场合,它采用正负半周期载波移相的办法消除了线电压电平层交叠现象,谐波性能最好。通过仿真和实验对各调制方法进行了验证。(6)针对本文所用拓扑直流侧中点电位不平衡问题,给出了一种零序注入的方式进行控制,仿真和实验证明了控制策略的正确性及可行性。
【图文】：
经过几十年的发展，多电平逆变器拓扑结构已出现不同分支，常见的主要分逡逑为级联型（ｃａｓｃａｄｅｄ邋Ｈ－ｂｒｉｄｇｅ，邋ＣＨＢ）、二极管箝位型（ｎｅｕｔｒａｌ－ｐｏｉｎｔ－ｃｌａｍｐｅｄ，邋ＮＰＣ）、飞逡逑跨电容型（ｆｌｙｉｎｇ－ｃａｐａｃｉｔｏｒ，邋ＦＣ）三种结构［５］，如图１－１所示。逡逑＾逡逑（ａ）级联型七电平逆变器逡逑３ｔ／＾：＝逦３ｕｄｃ－－－－逦＾逡逑＾邋＾邋ｊ＼ｙ：逦＝＝逡逑ｕＡ￣￣ｉ逦Ｔ逦ｌ逦Ｉ逦Ｔ逦ｒ￣４：逡逑３：逦：：逦－逦Ｋ逦Ｔ逦ｆ逦Ｔ逡逑－Ｕｄｃ逦；．逦＾逦ｊｈ逦￣Ｕｄｃ逦１逦N逦ｆ逦＾逡逑；：－－邋p哄危剩藉澹藻錺哄义希浚玻蓿龋哄危ⅲ卞危蹋剑剑戾义希常蓿悖藻危常蓿悖藻危铃义希ǎ猓┒荏槲恍推叩缙侥姹淦麇危ǎ悖┓煽绲缛菪推叩缙侥姹淦麇义贤迹保背＜亩嗟缙侥姹淦魍仄私峁瑰义希疲椋纾澹保卞澹茫铮恚恚铮铄澹恚酰欤簦椋欤澹觯澹戾澹椋睿觯澹颍簦澹蝈澹簦铮穑铮欤铮纾义贤迹欤欤ǎ幔┧疚读推叩缙侥姹淦魍仄恕Ｋ桑掣觯惹诺ピ钩桑掣龆懒㈠义显创骟槲黄骷扌璺煽绲缛荩淮嬖诘缛菥刮侍猓郏叮荨Ｃ扛觯惹诺ピü腻义细隹毓苤涞牟煌淖楹峡梢允涑觯簦迹恪ⅲ昂停坌娜龅缙剑ü妹扛觯惹佩义希插义，
本文编号：2686573
【图文】：
经过几十年的发展，多电平逆变器拓扑结构已出现不同分支，常见的主要分逡逑为级联型（ｃａｓｃａｄｅｄ邋Ｈ－ｂｒｉｄｇｅ，邋ＣＨＢ）、二极管箝位型（ｎｅｕｔｒａｌ－ｐｏｉｎｔ－ｃｌａｍｐｅｄ，邋ＮＰＣ）、飞逡逑跨电容型（ｆｌｙｉｎｇ－ｃａｐａｃｉｔｏｒ，邋ＦＣ）三种结构［５］，如图１－１所示。逡逑＾逡逑（ａ）级联型七电平逆变器逡逑３ｔ／＾：＝逦３ｕｄｃ－－－－逦＾逡逑＾邋＾邋ｊ＼ｙ：逦＝＝逡逑ｕＡ￣￣ｉ逦Ｔ逦ｌ逦Ｉ逦Ｔ逦ｒ￣４：逡逑３：逦：：逦－逦Ｋ逦Ｔ逦ｆ逦Ｔ逡逑－Ｕｄｃ逦；．逦＾逦ｊｈ逦￣Ｕｄｃ逦１逦N逦ｆ逦＾逡逑；：－－邋p哄危剩藉澹藻錺哄义希浚玻蓿龋哄危ⅲ卞危蹋剑剑戾义希常蓿悖藻危常蓿悖藻危铃义希ǎ猓┒荏槲恍推叩缙侥姹淦麇危ǎ悖┓煽绲缛菪推叩缙侥姹淦麇义贤迹保背＜亩嗟缙侥姹淦魍仄私峁瑰义希疲椋纾澹保卞澹茫铮恚恚铮铄澹恚酰欤簦椋欤澹觯澹戾澹椋睿觯澹颍簦澹蝈澹簦铮穑铮欤铮纾义贤迹欤欤ǎ幔┧疚读推叩缙侥姹淦魍仄恕Ｋ桑掣觯惹诺ピ钩桑掣龆懒㈠义显创骟槲黄骷扌璺煽绲缛荩淮嬖诘缛菥刮侍猓郏叮荨Ｃ扛觯惹诺ピü腻义细隹毓苤涞牟煌淖楹峡梢允涑觯簦迹恪ⅲ昂停坌娜龅缙剑ü妹扛觯惹佩义希插义，
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