基于DSP的三电平逆变器的SVPWM控制策略研究

发布时间：2017-07-30 08:03

  本文关键词：基于DSP的三电平逆变器的SVPWM控制策略研究

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【摘要】：中点箝位式三电平逆变器一直是当前中高压大容量电能变换领域中的研究热点之一,它能有效提高逆变器系统容量和耐压水平、减小输出电压谐波和开关损耗。在三电平逆变器的多种控制策略中,空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法具有母线电压利用率高、调制比大、易于数字实现、便于中点电位控制等优点,但三电平逆变器也存在不少问题,如三电平控制算法的简化问题、逆变器带非线性负载的谐波控制问题、三电平逆变器中点电位平衡问题等,鉴于以上存在的问题,本文逐一展开了研究。本文首先分析了两电平SVPWM算法的基本原理和具体实现过程,再结合三电平SVPWM与两电平SVPWM之间的共同点,对三电平SVPWM算法进行了简化。然后建立了三相静止坐标系、两相同步旋转坐标系和两相静止坐标系下的三相逆变器的数学模型,并应用等量变换的原理,推导出了坐标系间的变换关系。同时还分析了非线性负载引起逆变器输出波形畸变的机理,并对其工作原理和参数设计进行了细致研究。在对逆变器数学模型和整流性负载分析的基础上,于两相旋转dq坐标系下设计了双环解耦PI控制器,在两相静止αβ坐标系下设计了准PR控制器。在设计双环PI控制器参数时,从内外环穿越频率上对参数进行了优化。准PR控制器采用纯比例环节控制电流内环以提高系统的跟随特性,多谐振的准PR控制器控制电压外环以保证系统的高稳态精度。针对同一开关状态对应的两个小矢量对直流侧电容电压效果正好相反这一规律,在分别采用滞环控制和精确控制方法的情况下,通过改变正负小矢量的作用时间,对三电平逆变器中点电位的偏移进行了有效的控制。最后,进行了基于逆变器的数学模型和两种控制器的设计,应用MATLAB/Simulink软件搭建了两种控制器的仿真模型,并对两种控制方法下逆变器带非线性负载的性能进行了比较。仿真结果显示,采用双环PI控制器时,增加内外环的带宽,有利于降低输出电压的THD,且具有多谐振的准PR控制器的性能比解耦PI控制器好。对于滞环控制和精确控制两种中点电位平衡控制方法,分别进行仿真验证,结果表明,精确控制的控制效果更好。
【关键词】：三电平逆变器 PI控制 准PR控制 非线性负载 中点电位平衡
【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
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 多电平逆变器的研究现状及发展前景9-10
• 1.2 三电平逆变器的拓扑结构10-13
• 1.3 多电平逆变器的脉宽调制策略13-15
• 1.4 多电平逆变器数字控制技术的发展15-18
• 1.5 本论文研究目的及主要内容18-19
• 第二章 三电平逆变器SVPWM的算法研究及其简化19-35
• 2.1 引言19
• 2.2 两电平SVPWM基本原理与实现方法19-27
• 2.2.1 判断参考电压矢量所处的扇区22-23
• 2.2.2 空间矢量作用时间的计算23-24
• 2.2.3 空间矢量的作用顺序确定24-25
• 2.2.4 矢量切换点时刻确定25-26
• 2.2.5 两电平SVPWM的简化算法26-27
• 2.3 三电平逆变器SVPWM算法研究27-31
• 2.3.1 三电平SVPWM的简化算法28-30
• 2.3.2 简化三电平SVPWM的具体实施步骤30-31
• 2.4 三电平SVPWM在DSP中的实现31-33
• 2.5 本章小结33-35
• 第三章 三相逆变器系统建模与非线性负载的特性分析35-45
• 3.1 三相逆变器数学建模35-40
• 3.1.1 三相逆变器在ABC坐标系下的数学模型35-36
• 3.1.2 三相逆变器模型的坐标变换36-39
• 3.1.3 三相逆变器在dq坐标系下的数学模型39-40
• 3.1.4 三相逆变器在αβ坐标系下的数学模型40
• 3.2 非线性负载40-44
• 3.2.1 非线性负载的定义及类型40-41
• 3.2.2 整流性负载的特性分析41-42
• 3.2.3 整流性负载的工作原理及参数设计42-44
• 3.3 本章小结44-45
• 第四章 逆变器PI控制器设计45-57
• 4.1 引言45
• 4.2 PID控制的基本工作原理45-46
• 4.3 PI控制器控制结构及参数设计46-51
• 4.3.1 dq坐标系下三相逆变器数学模型的解耦46-47
• 4.3.2 电流内环PI控制器设计47-49
• 4.3.3 电压外环PI控制器设计49-51
• 4.4 双闭环PI控制的三相三电平逆变系统仿真51-53
• 4.5 双环PI参数的优化及其仿真53-55
• 4.6 本章小结55-57
• 第五章 逆变器谐振控制器设计57-73
• 5.1 引言57
• 5.2 比例谐振控制的基本思想57-59
• 5.3 准比例谐振控制器的设计59-60
• 5.4 谐振控制器的参数选择和系统设计60-67
• 5.4.1 谐振控制器的参数选择60-62
• 5.4.2 谐振控制器的系统设计62
• 5.4.3 电流内环设计62-63
• 5.4.4 电压外环准比例谐振控制器设计63-67
• 5.5 准比例谐振控制器的仿真67-71
• 5.6 本章小结71-73
• 第六章 三电平逆变器中点电位不平衡问题的研究73-83
• 6.1 引言73
• 6.2 影响三相三电平逆变器中点电位不平衡的原因73-76
• 6.2.1 从电路结构和输出矢量分析73-75
• 6.2.2 从中点电流分析75-76
• 6.3 中点电位平衡控制策略76-82
• 6.4 本章小结82-83
• 第七章 总结与展望83-85
• 7.1 本文工作总结83
• 7.2 未来工作展望83-85
• 致谢85-87
• 参考文献87-90

【参考文献】

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本文编号：593165