有源箝位型三相三电平逆变器控制策略研究
本文关键词：有源箝位型三相三电平逆变器控制策略研究
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【摘要】：本文首先重点介绍了三电平空间矢量调制策略(SVPWM)的实现步骤,仿真与实验结果表明：相对于两电平,三电平SVPWM调制策略采用了更复杂的空间矢量图,在单个区域内拥有了更多可用于合成的矢量,因此进一步细化了矢量的合成。由于流入直流侧母线电容中点的电流不为0,箝位型三电平逆变器存在着固有的母线电容电压波动问题或所谓的中点波动问题。为了深入研究母线电容电压的波动机理,论文分别建立了二极管箝位型三电平逆变器的开关模型、平均模型和同步旋转坐标系下的等效电路模型,并通过引入等效并联导纳和等效注入电流源概念得出了母线电容电压的稳态波动的解析表达式,随后解释了其暂态调节过程,以及叠加零序分量、带平衡因子的空间矢量调制策略及为母线电容并联均压电阻方法在控制母线电容电压波动方面的联系。不同于DNPC型结构,有源箝位(ANPC)型三电平拓扑结构中增加的两只箝位IGBT将传统0电平的输出电流路径扩充至4种,换流方式由原来的8种扩展至32种,这些新的换流方式可以通过控制箝位IGBT来加以选择,这为调节功率器件的损耗分布提供了控制自由度。本文从电流路径出发详细分析了有源箝位型三电平变换器中不同换流过程对器件损耗的影响,并将其划分为无源换流模式和有源换流模式两类,并建立了两种换流模式下各器件的导通损耗、开关损耗模型以及各器件间的导通损耗方差、开关损耗方差模型。结果表明,不同换流模式会对各器件的损耗以及各器件间的损耗方差产生影响,但是在变换器总的导通损耗、开关损耗、输出电压电流方面,它们却是一致的。在建立的模型的基础上,本文提出了一种基于损耗方差比较的损耗均衡策略。为了提高ANPC型三电平逆变系统的可靠性,本文分析了不同类型故障对逆变器输出电压及母线电容电压波动的影响,针对不同故障类型提出了相应的容错控制方案。针对故障重构后系统存在的母线电容电压波动问题建立了等效电路模型,给出了相应的波动控制方案,并提供了仿真和实验验证。
【关键词】：有源箝位型三电平逆变器 空间矢量调制策略 中点电压波动 损耗均衡 容错控制
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM464
【目录】：
- 摘要4-5
- ABSTRACT5-12
- 第1章 绪论12-20
- 1.1 引言12-13
- 1.2 大功率变频驱动系统13
- 1.3 电压源型多电平逆变器13-17
- 1.3.1 中点箝位型多电平逆变器14-15
- 1.3.2 飞跨电容型多电平逆变器15
- 1.3.3 级联H桥型多电平逆变器15-16
- 1.3.4 一些新型多电平逆变器拓扑结构及衍生方法16-17
- 1.3.5 几类多电平逆变器拓扑结构所使用的器件数目对比17
- 1.4 电压源型多电平逆变器的应用场合17-18
- 1.5 研究内容与创新点18-20
- 1.5.1 本文创新点18-19
- 1.5.2 论文结构安排19-20
- 第2章 二极管箝位型三电平逆变器的拓扑结构与调制策略20-38
- 2.1 二极管箝位型三电平逆变器的拓扑结构20-21
- 2.2 二极管箝位型三电平逆变器的调制策略21-22
- 2.3 载波比较PWM调制策略22-23
- 2.3.1 载波层叠PWM22-23
- 2.3.2 开关频率优化PWM(SFO-PWM)调制策略23
- 2.4 特定谐波消除PWM调制策略23-24
- 2.5 空间电压矢量PWM调制策略24-36
- 2.5.1 参考矢量的合成与区域判断方法26
- 2.5.2 参考矢量的合成与先后矢量的选择方法26-28
- 2.5.3 矢量作用时间的计算28-30
- 2.5.4 开关状态序列的设计30
- 2.5.5 调制比的定义及高低调制比下的不同30
- 2.5.6 空间矢量调制策略对系统零序电压的影响30-32
- 2.5.7 仿真与实验验证32-36
- 2.6 总结36-38
- 第3章 二极管箝位型三电平逆变器的系统建模与中点电压波动问题38-52
- 3.1 引言38-39
- 3.2 空间矢量调制策略造成中点电压波动的原因、控制与验证39-42
- 3.2.1 空间矢量调制策略导致中点电压波动的原因与控制39-40
- 3.2.2 空间矢量调制策略下中点电压波动控制的仿真与实验验证40-42
- 3.3 二极管箝位型三电平逆变器的系统建模42-48
- 3.3.1 开关等效模型42-43
- 3.3.2 平均等效模型43-44
- 3.3.3 同步旋转坐标系的等效电路44-46
- 3.3.4 母线电容电压稳态波动机理46-48
- 3.4 仿真与实验验证48-50
- 3.5 结论50-52
- 第4章 有源箝位型三相三电平逆变器的损耗均衡功能52-74
- 4.1 引言52-53
- 4.2 二极管箝位型三电平逆变器系统的损耗不均衡问题53-54
- 4.3 有源箝位型三电平变换器拓扑结构及其工作原理54-55
- 4.4 有源箝位型三电平变换器的死区设置55-56
- 4.5 有源箝位型三电平变换器的换流过程及其对器件损耗的影响56-59
- 4.6 两种换流模式下的导通损耗分布模型59-61
- 4.6.1 PUNL无源换流模式下的导通损耗模型59-61
- 4.6.2 PLNU有源换流模式下的导通损耗模型61
- 4.7 两种换流模式下的开关损耗分布模型61-64
- 4.7.1 PUNL无源换流模式下的开关损耗模型62-63
- 4.7.2 PLNU有源换流模式下的开关损耗模型63-64
- 4.8 基于损耗方差比较的损耗均衡策略64-65
- 4.9 仿真及实验验证65-73
- 4.10 结论73-74
- 第5章 有源箝位型三相三电平逆变器的调制策略与容错控制74-98
- 5.1 引言74-75
- 5.2 有源箝位型三相三电平逆变器的移相PWM调制策略75-77
- 5.3 有源箝位型三相三电平逆变器系统建模与中点电压波动问题77-78
- 5.4 逆变器的故障类型及对系统输出的影响78-82
- 5.4.1 二极管箝位型三电平逆变器功率器件开路故障78-79
- 5.4.2 二极管箝位型三电平逆变器功率器件短路故障79-80
- 5.4.3 有源箝位型三电平逆变器功率器件开路与短路故障80-81
- 5.4.4 电机负载单相绕组开路故障81-82
- 5.5 器件故障对母线电容电压波动的影响82-83
- 5.6 容错控制方案及母线电容电压波动抑制83-96
- 5.6.1 隔离故障桥臂容错控制方案83-87
- 5.6.2 旁路开路绕组容错控制方案87-90
- 5.6.3 器件级故障容错控制方案90-96
- 5.7 结论96-98
- 第6章 总结与展望98-100
- 6.1 总结98-99
- 6.2 课题展望99-100
- 参考文献100-104
- 攻读硕士研究生期间学术成果104-105
- 致谢105
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