NPC三电平逆变器的中点电位平衡研究

发布时间：2020-04-27 10:50

【摘要】：随着电力电子技术的发展,多电平逆变器逐渐发展成为实现中高压大容量功率变换的首要选择。在多电平逆变器多样化的拓扑结构中,二极管箝位型(NPC)三电平逆变器因其器件耐压要求低、等效开关频率高、输出波形好等优点得到了广泛的应用。但NPC三电平逆变器自身存在中点电位不平衡的问题,会带来输出电压波形失真严重、开关器件寿命缩短等不良影响。本文以NPC型三电平逆变器为研究对象,采用空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)方法作为NPC三电平逆变器的控制方法,进行理论分析和仿真研究。首先本文介绍了常见的多电平逆变器拓扑结构及各自的优缺点,阐述了 NPC三电平逆变器的工作原理及特点;其次,分析了 SVPWM算法的原理,针对传统SVPWM算法中存在的扇区判断与矢量作用时间计算量大的缺陷,本文采用60°坐标系下的SVPWM算法,可有效减少三角函数计算,提高系统运算速度;然后,针对中点电位不平衡的原因及不良影响做了详尽分析,并分别介绍一种硬件和两种软件控制方法。硬件控制方法是通过改变三电平逆变器电路结构达到抑制中点电压波动的目的。软件控制方法中的一种是通过合理分配正负小矢量作用时间起到控制中点电位平衡的作用;另一种是利用中小矢量构建虚拟空间矢量,使中小矢量都参与对中点电压的控制,以取得更好的控制效果。在MATLAB/Simulink仿真环境中,对三电平逆变器SVPWM调制方法与中点电位平衡的控制方法建立仿真模型,在不同仿真条件下得到逆变器输出电压波形和中点电压波形。并采用TMS320F28335型DSP为控制核心搭建三电平逆变器控制系统硬件实验平台,进行实验。通过仿真与硬件实验验证本文采用的控制方法的正确性与有效性。
【图文】：

２．２邋ＮＰＣ三电平逆变器的工作原理逡逑２．２．１邋ＮＰＣ三电平逆变器运行状态的分析逡逑ＮＰＣ三电平逆变器的主电路结构如图２．１所示，主电路中的开关器件选用逡逑ＩＧＢＴ。由图２．１可知，ＮＰＣ三电平逆变器的主电路由三相桥臂并联而成，每相逡逑桥臂的４个ＩＧＢＴ分别反向并联一个续流二极管。直流母线侧的电容Ｃ，、（：２可逡逑以为每相桥臂提供直流电压，两个电容的中点通过两个箝位二极管与每相桥臂逡逑相连接印］。箝位二极管既可以将每个ＩＧＢＴ承受的电压限制在ｔ／Ａ／２上，而且逡逑可以在开关管导通时提供电流通道，，防止电容短路。逡逑＾＂ｒ邋°＇一逦，＝＝＝：—三＝＝０逡逑ｃ＝＝邋ｖＤｆ＾逡逑Ｎ邋＾＾Ａ，邋＾邋１＾Ａ，逡逑图２．１邋ＮＰＣ型三电平逆变器主电路逡逑Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｍａｉｎ邋ｃｉｒｃｕｉｔ邋ｏｆ邋ＮＰＣ邋ｔｈｒｅｅ－ｌｅｖｅｌ邋ｉｎｖｅｒｔｅｒ逡逑改变４个ＩＧＢＴ不同的开关状态

从输出端Ａ流向逆变器时，电流经过ＦＤ２和＆３对Ｃ２充电，此时Ａ点电压也逡逑为０。逡逑图２．２（ｃ）为工作在Ｎ状态时的示意图。＆３、叉４同时导通，＊Ｓａｌ、＼２关逡逑断，当电流／ａ从逆变器流入负载时，Ｃ２充电，电流流经￡＞ａ３、￡＾４到八点，此时逡逑Ａ点点电压为当电流／？从输出端Ａ流向逆变器时，电流经过＼３、逡逑对（：２充电，Ａ点电压为－ｔ／＾．／２。逡逑综合以上分析，可得到三电平逆变器电路中每相桥臂上４个ＩＧＢＴ的开关逡逑状态与输出电压的对应关系，如表２．１，表中“ｏｎ”表示导通，“ｏｆｆ”表示关断。逡逑由表２．１可知，５＾和之３、＼２和＆４之间必为一个导通一个关断的互补关系，逡逑不能同时导通。实际工作中，每两个相邻状态切换时有一定的时间间逡逑隔
【学位授予单位】：山东科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM464

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本文编号：2642181