三电平逆变器调制技术的评估与改进

发布时间：2020-06-29 13:29

【摘要】：摘要:近些年来,重新评估多电平逆变器调制技术的工作己经成为一个被广泛调研的课题。然而随着输出电平数量的增加,多电平逆变器的拓扑结构将变得越复杂。因此实际中,三电平逆变器在多电平逆变器中研究最多、应用最广,尤其是三电平中性点钳位(Neutral-Point-Clamped,NPC)逆变器。对于三电平NPC逆变器而言,目前的结论是基于同相层叠(Phase Disposition,PD)载波排列的居中空间矢量脉宽调制(Centered Space Vector Pulse Modulation,CSVPWM)能产生最少的开关谐波。然而,该结论仅在逆变器输出的线电压上或者经过单电感滤波器的滤波电流上成立。为了减小无源滤波元件,高阶滤波器正被越来越多地使用。由于不同滤波器的滤波性能差异较大,当引入高阶滤波器以实现更好地衰减开关谐波时,需要对调制技术进行重新评估。本文首先研究包括LC型、LCL型、LLCL型、LCL-LC1型以及LCL-LC2型滤波器在内的各阶滤波器的滤波特性。然后将以上滤波器分别与NPC逆变器连接,重新评估不同调制技术的表现。通过对比分析逆变器并网电流谐波性能发现:当采用基于交替反相层叠(Alternative Phase Opposition Disposition,APOD)载波排列的正弦脉宽调制(Sinusoidal Pulse Width Modulation,SPWM)时,高阶滤波器能输出质量较好的电流。该现象在开关频率较低的情况下尤其明显。这一发现填补了传统研究中高阶滤波器影响调制技术的空隙。为了验证上述发现,本文提供了仿真与实验结果,并对结果进行了讨论。然而,基于APOD载波排列的SPWM调制技术产生的电压中,在开关频率附近含有丰富的开关谐波,这部分电压谐波约束着LCL型滤波器所需的总电感量。电压谐波幅值越大,需要的总电感量也就越大。为了减小滤波器体积、节约成本,本文提出了基于APOD的交替三次谐波注入脉宽调制(Alternative Third-Harmonic Injection PWM with APOD,ATPWMAPOD)。该调制技术通过抑制输出电压谐波幅值,减小LCL型滤波器所需的总电感量。本文提出的改进方法对LLCL型滤波器同样有效。最后,通过仿真与实验结果对该方法的性能表现进行了验证。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM464
【图文】：

示意图,逆变器结构,电平,示意图

［１＿３］、飞跨电容（Ｆｌｙｉｎｇ－Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）型［４＿７］、级联（Ｃａｓｃａｄｅｄ）型［８＿１（）］、以及模块化逡逑（Ｍｏｄｕｌａｒ）邋［１１＿１３］多电平逆变器。图１－１所示为典型的三相二极管钳位型多电平逆逡逑变器拓扑。如图１－１邋（ａ）所示，直流侧母线电压被两个均值电容二等分，因此直逡逑流侧存在三个电平状态，分别为＋Ｆ＆，邋０与－Ｆ＆。每相桥臂各自通过开关管与二极逡逑管的组合与这三个电平相连接。通过适当的开关动作，在逆变器ｖａ，外或＾处即逡逑可输出所需要的电平状态。同理，对于图１－１邋（ｂ）中的五电平二极管钳位型逆变逡逑器，其直流母线电压被四个均值电容四等分，因此直流侧存在五个电平状态，分逡逑别为＋２４，Ｆ＆，０，逦以及－２４。由于钳位二极管的存在，逆变器可以保证开逡逑关动作过程中，每次只输出一个状态的电平电压。逡逑＋２Ｖｄｃ逦＾逡逑＋ｙ？ｃ逦逦逦逦逡逑ｎ邋＾逦－｜逦２逦Ｈｔｐ逦ｉ逦Ｈｔｐ逦２［今逡逑＝＝Ｔｆ邋ＴＴ邋ＴＴ邋Ｔ．—邋ｖ

多电平逆变器,电容型,电平

【参考文献】