多电平有源中点箝位型变换器控制策略研究

发布时间：2017-06-11 07:13

  本文关键词：多电平有源中点箝位型变换器控制策略研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：为解决二极管箝位型变换器开关器件损耗不平衡、内管无法可靠箝位以及难以向更高电平推广的问题,本文详细分析了有源中点箝位型变换器的三电平和五电平两种拓扑结构,并针对其调制策略和控制算法进行了深入的研究。三电平有源中点箝位型变换器相比三电平二极管中点箝位型变换器,具有能够实现开关器件损耗平衡、内管能够可靠箝位等优点。本文详细分析了其所有的开关状态,在不减少输出中间电平时电流通路的情况下选择了四种正常运行时的开关状态,实现了开关器件互补的动作方式,相比传统的六种或八种开关状态有了一定的简化。深入研究和比较了三种SPWM调制策略,理论分析了调制策略三在损耗平衡方面的优势,并通过具体工况下的损耗计算,比较了三电平二极管箝位型变换器和二极管有源中点筘位型变换器在一个基波周期内的损耗分布,从而证明了三电平有源中点箝位型变换器在开关器件损耗平衡方面的优势。五电平有源中点箝位型变换器在中高压大功率场合具有很好的应用前景。本文在详细分析了其工作原理和开关状态之间切换的基础上,分别对载波同相层叠调制、移相载波调制和特定次谐波消除脉宽调制进行了深入的研究,理论分析了同相载波层叠调制在死区时间内可能会输出异常电平的问题以及移相载波调制在悬浮电容电压平衡控制和直流母线中点电压平衡控制中的优越性。针对悬浮电容预充电问题,在详细研究了利用其自身拓扑结构进行预充电原理的基础上,提出了改进方案,缩短了预充电的时间,提高了三相悬浮电容预充电的效率。为了维持五电平有源中点箝位型变换器的正常运行,提高输出电压质量,必须要保证直流母线中点电压和三相悬浮电容电压的平衡。本文分别在同相载波层叠调制、移相载波调制和SHEPWM调制策略下对悬浮电容电压的平衡控制策略进行了研究,通过在每个控制周期内合理选择悬浮电容的充放电状态或分配充放电时间实现悬浮电容电压的平衡。对于直流母线中点电压的平衡控制,建立了中点电压的波动模型,分析了中点电压和中点电流的关系,讨论了叠加零序电压对中点电压的影响,最后在移相载波调制下分别对搜索寻优零序电压注入和最优零序电压注入的中点电压平衡控制策略进行了深入的研究,并给出了详细的控制算法。设计并搭建了一套五电平有源中点筘位型变换器实验平台,并进行了悬浮电容预充电、悬浮电容电压平衡控制、直流母线中点电压平衡控制等实验。实验结果证明了本文所研究五电平有源中点箝位型变换器调制与控制算法的正确性。
【关键词】：有源中点箝位 五电平 脉宽调制 电压平衡 悬浮电容预充电
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM46
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-15
• 1.1 背景和意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-14
• 1.2.1 3L ANPC变换器研究现状12-13
• 1.2.2 5LANPC变换器研究现状13-14
• 1.3 本文主要研究内容14-15
• 2 三电平ANPC变换器调制策略及功率损耗研究15-31
• 2.1 3L NPC变换器工作原理15-16
• 2.2 3L ANPC变换器工作原理16-24
• 2.2.1 开关状态选择17-22
• 2.2.2 开关状态切换及开关顺序22-24
• 2.3 3L ANPC变换器调制策略24-28
• 2.3.1 SPWM调制策略一25-26
• 2.3.2 SPWM调制策略二26-27
• 2.3.3 SPWM调制策略三27
• 2.3.4 SPWM调制改进方案27-28
• 2.4 仿真分析28-30
• 2.5 本章小结30-31
• 3 五电平ANPC变换器拓扑研究31-55
• 3.1 5L ANPC变换器工作原理31-36
• 3.1.1 拓扑结构与开关状态31-34
• 3.1.2 开关状态切换34-36
• 3.2 5L ANPC变换器SPWM调制技术36-42
• 3.2.1 载波层叠调制37-40
• 3.2.2 载波移相调制40-42
• 3.3 5L ANPC变换器SHEPWM调制技术42-44
• 3.4 5L ANPC变换器悬浮电容预充电44-49
• 3.4.1 悬浮电容预充电策略45-47
• 3.4.2 悬浮电容预充电改进方案47-49
• 3.5 仿真分析49-53
• 3.6 本章小结53-55
• 4 五电平ANPC变换器电容电压平衡控制策略55-75
• 4.1 5L ANPC变换器悬浮电容电压控制55-58
• 4.1.1 基于PD-PWM调制的悬浮电容电压平衡控制55-56
• 4.1.2 基于PS-PWM调制的悬浮电容电压平衡控制56-57
• 4.1.3 基于SHEPWM调制的悬浮电容电压平衡控制57-58
• 4.2 5L ANPC变换器直流母线中点电压平衡控制58-65
• 4.2.1 5L ANPC变换器中点电压波动模型58-61
• 4.2.2 零序电压的范围61-63
• 4.2.3 搜索寻优零序电压注入法63-64
• 4.2.4 最优零序电压注入法64-65
• 4.3 仿真分析65-74
• 4.4 本章小结74-75
• 5 五电平ANPC变换器系统设计及实验验证75-87
• 5.1 5L ANPC变换器硬件系统设计75-77
• 5.2 5L ANPC变换器软件控制系统设计77-78
• 5.3 实验验证及分析78-85
• 5.4 本章小结85-87
• 6 结论87-89
• 参考文献89-93
• 附录A93-95
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果95-99
• 学位论文数据集99

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1 司夏河;多电平有源中点箝位型变换器控制策略研究[D];北京交通大学;2016年

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