多电平ANPC变换器控制策略的研究

发布时间：2017-09-05 03:43

  本文关键词：多电平ANPC变换器控制策略的研究

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【摘要】：随着电力电子技术的不断发展,有源箝位多电平变换器在许多中高压大容量领域得到了广泛应用,引起了国内外学者的重视。本文研究了有源中点箝位三电平变换器与有源中点箝位五电平变换器两种拓扑,并针对其结构特点、工作原理和控制算法进行了深入的研究。传统的中点箝位三电平变换器存在损耗不平衡的缺点,这严重限制了变换器容量的提升。有源中点箝位三电平可以实现损耗平衡,有利于系统容量的提高。本文从有源中点箝位三电平变换器的工作原理出发,分析其换流特点,并在此基础上分析了三电平ANPC变换器的三种控制方法,最后将第三种调制方法下功率器件的损耗与三电平NPC变换器相对比,从而进一步证实三电平ANPC变换器在功率器件损耗均衡性上的优越性。最后通过matlab仿真验证其正确性。有源中点箝位五电平变换器是一种能在无变压器的情况下实现多电平,高压输出的新拓扑。本文首先分析其工作原理,在此基础上介绍了同相层叠载波和移相层叠载波两种调制方式。针对悬浮电容电压的控制,介绍了两种控制方法下不同的悬浮电容电压控制方法,其主要的核心思想是利用冗余状态对悬浮电容充放电的不同影响,选择合适的开关状态对悬浮电容电压进行控制。并其次针对中点电位波动问题,建立中点电位、平均中点电流和零序电压之间的关系,研究了搜索寻优和最优零序两种控制方法。搜索寻优法通过在限定的零序电压范围内利用穷举的方法,将零序范围内的零序电压逐一进行计算,将计算出来的平均中点电流和需要补偿的中点电流进行比较,最终找出使中点电流最接近目标值的零序电压作为最优的零序电压注入。最优零序法通过分析得到平均中点电流和零序电压之间的关系式,通过插值的方法计算得到最优的零序电压。针对悬浮电容预充电问题,分析了传统悬浮电容预充电方法的原理和特点,在此基础上找出新的两种不同的充电回路,最终实现三相桥臂悬浮电容同时充电的目标。最后设计并搭建了有源中点箝位五电平变换器的仿真和实验平台,通过仿真和实验验证充分说明了上述控制方法的正确性和可行性。
【关键词】：三电平有源箝位变换器 损耗平衡 五电平有源箝位变换器 悬浮电容预充电 悬浮电容电压控制 中点电位平衡控制
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM46
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 课题研究的背景、目的及意义8
• 1.2 国内外研究现状8-11
• 1.2.1 三电平有源中点箝位型变换器研究现状8-9
• 1.2.2 五电平有源中点箝位型变换器研究现状9-11
• 1.3 主要研究内容11-14
• 第二章 三电平ANPC变换器调制策略及其损耗分析14-44
• 2.1 三电平ANPC变换器的结构特点14
• 2.2 三电平ANPC变换器开关状态的研究14-18
• 2.3 三电平ANPC变换器调制方法的研究18-25
• 2.3.1 调制方法一18-21
• 2.3.2 调制方法二21-22
• 2.3.3 调制方法三22-25
• 2.4 三电平ANPC变换器的损耗研究25-43
• 2.4.1 单个器件的损耗研究25-28
• 2.4.2 两种结构的损耗研究28-40
• 2.4.3 两种结构的损耗对比40-43
• 2.5 本章小结43-44
• 第三章 五电平ANPC变换器控制策略的研究44-80
• 3.1 五电平ANPC变换器的结构特点44-45
• 3.2 五电平ANPC变换器的工作原理45-47
• 3.3 五电平ANPC变换器的调制策略47-49
• 3.3.1 传统同相层叠载波调制法47-48
• 3.3.2 移相载波调制法48-49
• 3.4 五电平ANPC变换器的悬浮电容电压控制方法49-52
• 3.4.1 基于同相层叠载波调制法的悬浮电容电压控制方法49-50
• 3.4.2 基于移相载波调制法的悬浮电容电压控制方法50-52
• 3.5 五电平ANPC变换器的中点电压控制方法52-59
• 3.5.1 五电平ANPC的中点电压波动模型52-54
• 3.5.2 中点电压的控制原理54-56
• 3.5.2.1 中点电压的控制原理基本思路54-55
• 3.5.2.2 零序电压的选择55-56
• 3.5.3 搜索寻优法56-57
• 3.5.4 最优零序法57-59
• 3.6 五电平ANPC变换器预充电方法的研究59-64
• 3.6.1 传统的悬浮电容预充电方式59-61
• 3.6.2 改进的悬浮电容预充电方式一61-63
• 3.6.3 改进的悬浮电容预充电方式二63-64
• 3.7 仿真研究64-78
• 3.7.1 两种调制方法下的电压输出波形仿真65-66
• 3.7.2 两种调制方法下的悬浮电容电压控制仿真研究66-71
• 3.7.3 中点电压控制仿真研究71-77
• 3.7.4 三种预充电方法仿真研究77-78
• 3.8 本章小结78-80
• 第四章 五电平ANPC变换器控制策略的实验验证80-100
• 4.1 五电平ANPC变换器的实验平台硬件设计80-84
• 4.1.1 整流桥和逆变桥主回路81-82
• 4.1.2 PWM驱动板82-83
• 4.1.3 主控制板和转接板电路83-84
• 4.1.4 电压、电流采样电路板。84
• 4.2 五电平ANPC变换器的实验平台系统设计84-87
• 4.3 实验验证及分析87-98
• 4.3.1 悬浮电容电压控制实验87-90
• 4.3.2 中点电压控制实验90-96
• 4.3.3 悬浮电容预充电实验96-98
• 4.4 本章小结98-100
• 第五章 结论100-102
• 致谢102-103
• 参考文献103-107
• 附录107-108

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

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本文编号：795622