三电平T型逆变器死区补偿策略研究
发布时间：2021-11-27 15:40
当前社会处于高速、高质量发展的大环境下,传统燃油汽车虽然服役了几个世纪但其对环境存在污染以及消耗化石燃料等不可再生资源的缺点越来越明显。电动汽车凭借其高效节能以及环保的理念得到广泛关注和期许。驱动系统属于电动汽车性能中非常重要的部分,而逆变器又是驱动系统中的关键。三电平逆变器拥有比两电平逆变器更高耐压、更低损耗、更低谐波和电磁干扰的特点,但是需要解决由于死区时间插入导致的逆变器输出波形畸变问题。本文主要围绕三电平逆变器死区畸变效应展开研究。本文在深入分析三电平T型逆变器结构和性能特点的基础上对导致三电平T型逆变器输出畸变的诸多原因包括死区时间、开关管压降和寄生电容等因素进行了细分量化并且考虑了中点电位波动因素的影响。在对端电压进行系统建模分析的前提下,基于伏秒平衡原理推导了针对三电平T型逆变器的补偿电压表达式。对NTVPWM调制算法引起中点电位波动原因进行了说明并分析了中点电位波动对端电压的影响。利用NTVPWM调制特性,论文提出对逆变器输出端电压采样进行电流极性检测的方法能够准确判断电流极性。针对补偿时间获取问题,提出三电平逆变器通用的双阈值法采样得到实际端电压占空比进而获取补偿时间...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
中点箝位型三电平逆变器
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-4-点电位波动的现象。然而由于电容容值较大且需要数量较多，使得这种结构的成本较高，不太适用于电动汽车。飞越电容型逆变器结构如图1-2。UdcPu1u2u3u412341234123412344321CaCbCc图1-2飞越电容型三电平逆变器(3)独立电源H桥型结构独立电源H桥型三电平逆变器关键特征在于独立电源和H桥级联。独立电源在于三相不再使用同一电源供电，而是使用三个相同规格的电源分别供电。H桥级联在于利用传统两电平逆变器H桥结构经过简单的并联和串联从而使得三相输出端电压存在三种电平的现象。如图1-3所示，独立电源H桥型结构可以作为多电平逆变器的子模块，只需在三相桥臂上继续串联叠加H桥单元。文献[10]基于单相三电平H桥型逆变器提出一种新的磁滞电流控制方法，可以选择适当的开关状态以克服死区效应。然而即使这种结构输出畸变程度较低但是由于需要配备三个电源，极大增加了实验成本，同时因为占据空间较大难以装配到电动汽车上。图1-3级联型三电平逆变器1.2.2三电平逆变器调制策略现状调制策略是依据某种原理有规律的开关IGBT来获取目标端电压占空比，进而根据冲量相等原理获取三相正弦电压的特殊方法[11]。先进的调制策略能够在不改变逆变器和电机结构的前提下极大程度地提高逆变器效率，改善电机输出转矩脉动现象。两电平逆变器作为所有逆变器的基础，研究三电平逆变器时首先需要对两电平逆变器进行分析。两电平逆变器调制策略主要分为三角波比较脉冲宽度调制又名正弦波脉冲宽度调制(SinusoidalPulseWidthModulation-SPWM)和空间矢量
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-7-来的额外开关损耗，但是会增加中点电位波动幅度。算法原理类似于将连续脉宽调制(CPWM)转化为离散脉宽调制(DPWM)，即将占空比小于某一值的一相直接不导通而占空比大于某一值的一相直接不关闭[22,23]。图1-8VSVPWM扇区1内电压矢量图[19]1.2.3三电平逆变器输出畸变的原因三电平逆变器输出畸变的原因大体上与两电平逆变器相同。对于两电平逆变器输出非线性特性研究人员进行了大量研究，基本上都大致包含以下原因(1)由于插入死区时间造成的逆变器输出畸变；(2)由于PC端产生PWM信号到达逆变器IGBT门极的时间延迟；(3)由于逆变器中IGBT自身的导通和关断延迟[24]；(4)由于逆变器中IGBT和反向续流二极管的导通压降；(5)由于逆变器中IGBT存在并联寄生电容对端电压边沿的影响[25,26]；死区时间插入会导致理想端电压占空比和实际端电压占空比存在长度达到死区时间的差异；信号传递延迟不可避免，但基本也是属于纳秒级别的影响；IGBT自身的导通和关断延迟是因为电力电子器件不是理想的无法瞬间导通和关断，从而造成的拖尾效应在许多文献中都有研究；IGBT和反向续流二极管的导通压降则对实际端电压的幅值存在影响，由于开关器件存在压降使得实际端电压幅值不等于理论端电压幅值；寄生电容的影响则是主要存在于死区时间内当IGBT全部关断的情况下并联在IGBT两端的寄生电容会存在充电和放电的情况，这主要会对实际端电压高电平持续时间造成影响。针对三电平T型逆变器在考虑上述因素前提下需要特别关注中点电位波动对逆变器输出畸变的影响[27-29]。1.2.4三电平逆变器死区补偿现状分析三电平逆变器波形正弦度优于两电平因而被广泛应用[30]，但无论采用何种逆变器种类，二极管箝位型三电平T型逆变器，还是三电
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国新能源汽车的研发及展望[J]. 欧阳明高. 科技导报. 2016(06)
[2]T型三电平拓扑的PWM控制策略[J]. 郑诗程,彭勃,徐礼萍. 电力系统及其自动化学报. 2016(02)
[3]模块化多电平换流器型直流输电的调制策略[J]. 管敏渊,徐政,屠卿瑞,潘伟勇. 电力系统自动化. 2010(02)
[4]电力节能减排与资源优化配置技术的研究与应用[J]. 尚金成,张立庆. 电网技术. 2007(22)
[5]正弦和空间矢量PWM逆变器死区效应分析与补偿[J]. 吴茂刚,赵荣祥,汤新舟. 中国电机工程学报. 2006(12)
[6]级联型多电平变换器PWM控制方法的仿真研究[J]. 吴洪洋,何湘宁. 中国电机工程学报. 2001(08)
本文编号：3522581
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
中点箝位型三电平逆变器
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-4-点电位波动的现象。然而由于电容容值较大且需要数量较多，使得这种结构的成本较高，不太适用于电动汽车。飞越电容型逆变器结构如图1-2。UdcPu1u2u3u412341234123412344321CaCbCc图1-2飞越电容型三电平逆变器(3)独立电源H桥型结构独立电源H桥型三电平逆变器关键特征在于独立电源和H桥级联。独立电源在于三相不再使用同一电源供电，而是使用三个相同规格的电源分别供电。H桥级联在于利用传统两电平逆变器H桥结构经过简单的并联和串联从而使得三相输出端电压存在三种电平的现象。如图1-3所示，独立电源H桥型结构可以作为多电平逆变器的子模块，只需在三相桥臂上继续串联叠加H桥单元。文献[10]基于单相三电平H桥型逆变器提出一种新的磁滞电流控制方法，可以选择适当的开关状态以克服死区效应。然而即使这种结构输出畸变程度较低但是由于需要配备三个电源，极大增加了实验成本，同时因为占据空间较大难以装配到电动汽车上。图1-3级联型三电平逆变器1.2.2三电平逆变器调制策略现状调制策略是依据某种原理有规律的开关IGBT来获取目标端电压占空比，进而根据冲量相等原理获取三相正弦电压的特殊方法[11]。先进的调制策略能够在不改变逆变器和电机结构的前提下极大程度地提高逆变器效率，改善电机输出转矩脉动现象。两电平逆变器作为所有逆变器的基础，研究三电平逆变器时首先需要对两电平逆变器进行分析。两电平逆变器调制策略主要分为三角波比较脉冲宽度调制又名正弦波脉冲宽度调制(SinusoidalPulseWidthModulation-SPWM)和空间矢量
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-7-来的额外开关损耗，但是会增加中点电位波动幅度。算法原理类似于将连续脉宽调制(CPWM)转化为离散脉宽调制(DPWM)，即将占空比小于某一值的一相直接不导通而占空比大于某一值的一相直接不关闭[22,23]。图1-8VSVPWM扇区1内电压矢量图[19]1.2.3三电平逆变器输出畸变的原因三电平逆变器输出畸变的原因大体上与两电平逆变器相同。对于两电平逆变器输出非线性特性研究人员进行了大量研究，基本上都大致包含以下原因(1)由于插入死区时间造成的逆变器输出畸变；(2)由于PC端产生PWM信号到达逆变器IGBT门极的时间延迟；(3)由于逆变器中IGBT自身的导通和关断延迟[24]；(4)由于逆变器中IGBT和反向续流二极管的导通压降；(5)由于逆变器中IGBT存在并联寄生电容对端电压边沿的影响[25,26]；死区时间插入会导致理想端电压占空比和实际端电压占空比存在长度达到死区时间的差异；信号传递延迟不可避免，但基本也是属于纳秒级别的影响；IGBT自身的导通和关断延迟是因为电力电子器件不是理想的无法瞬间导通和关断，从而造成的拖尾效应在许多文献中都有研究；IGBT和反向续流二极管的导通压降则对实际端电压的幅值存在影响，由于开关器件存在压降使得实际端电压幅值不等于理论端电压幅值；寄生电容的影响则是主要存在于死区时间内当IGBT全部关断的情况下并联在IGBT两端的寄生电容会存在充电和放电的情况，这主要会对实际端电压高电平持续时间造成影响。针对三电平T型逆变器在考虑上述因素前提下需要特别关注中点电位波动对逆变器输出畸变的影响[27-29]。1.2.4三电平逆变器死区补偿现状分析三电平逆变器波形正弦度优于两电平因而被广泛应用[30]，但无论采用何种逆变器种类，二极管箝位型三电平T型逆变器，还是三电
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国新能源汽车的研发及展望[J]. 欧阳明高. 科技导报. 2016(06)
[2]T型三电平拓扑的PWM控制策略[J]. 郑诗程,彭勃,徐礼萍. 电力系统及其自动化学报. 2016(02)
[3]模块化多电平换流器型直流输电的调制策略[J]. 管敏渊,徐政,屠卿瑞,潘伟勇. 电力系统自动化. 2010(02)
[4]电力节能减排与资源优化配置技术的研究与应用[J]. 尚金成,张立庆. 电网技术. 2007(22)
[5]正弦和空间矢量PWM逆变器死区效应分析与补偿[J]. 吴茂刚,赵荣祥,汤新舟. 中国电机工程学报. 2006(12)
[6]级联型多电平变换器PWM控制方法的仿真研究[J]. 吴洪洋,何湘宁. 中国电机工程学报. 2001(08)
本文编号：3522581
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