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多电平逆变器优化调制算法研究

作　者: 刘小素
导　师: 陈昌
学　校: 大连理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 多电平逆变器级联式阶梯波载波移相脉宽调制开关损耗
分类号: TM464
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 183次
引　用: 2次
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内容摘要

大功率电力电子变流装置在国民经济中有着广泛的应用,如大功率变频器、大功率有源电力滤波器、兆瓦级风力发电机组用变流器等领域。对于大功率变流器,开关器件的功率处理能力和开关频率之间往往存在着矛盾,通常功率越大,开关频率越低。而人们往往希望电力电子变流器能够工作在尽可能高的开关频率下,以便提高输出波形的质量。受到开关频率的限制,也难以应用传统PWM技术来改善大容量变流器的性能。一般通过对大功率变流器的电路拓扑和控制策略两方面进行研究,以便在提高电力电子变流器容量的同时改善其性能。一个好的电路拓扑再配合合适的控制策略往往能提高大功率变流器系统的性价比。因此,研究大功率变流器的拓扑结构及控制技术具有一定的理论价值和实用意义。论文首先介绍了多电平逆变器的主要拓扑结构及其基本的工作原理,包括钳位式多电平逆变拓扑、级联式多电平逆变拓扑和层叠式多电平逆变拓扑。其中钳位式又分为二极管钳位式、飞跨电容钳位式和二极管飞跨电容混合钳位式。对比了钳位式和级联式的工作特点并总结了两种逆变拓扑的优缺点。其次,研究了传统应用于级联式多电平逆变器的调制算法包括：阶梯波调制和多载波相移调制,分析了两种调制算法的调制原理及各自的工作特点,并且总结了这两种调制算法的适用范围。第三,针对多载波相移调制算法开关损耗大的问题,首先分析了降低开关损耗的必要性及开关损耗产生的原因,然后介绍了一种基于降低开关损耗的优化调制算法,分析了其调制原理,并搭建了五单元级联逆变器采用该优化调制算法的仿真系统,详尽介绍了组成该仿真系统的各个仿真子模块包括：三角波模块、优化调制算法模块和基本功率单元模块。最后,文章对载波频率倍数为100和200的五单元级联逆变器和载波频率倍数为100的十单级联逆变器进行了仿真,调制算法分别采用多载波相移调制技术、阶梯波调制和基于降低开关损耗的优化调制算法,对比了载波频率不同和级联单元数不同时三种调制算法的仿真输出结果,验证了基于降低开关损耗的优化调制算法较两种传统算法具有降低开关损耗的优越性,且随着级联单元的增多,载波频率的增大,这种优势愈明显。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-13
  1.1 多电平逆变器的定义  9
  1.2 多电平逆变器的产生及发展历程  9-10
  1.3 多电平逆变器分类  10-11
  1.4 多电平逆变器应用  11
  1.5 本章小结  11-13
    1.5.1 选题依据  11-12
    1.5.2 本文的研究内容  12-13
2 多电平逆变器拓扑结构  13-23
  2.1 多电平逆变器的基本工作原理  13-14
  2.2 钳位式多电平逆变器  14-18
    2.2.1 二极管钳位式多电平逆变器  15-16
    2.2.2 飞跨电容钳位式多电平逆变器  16-17
    2.2.3 混合钳位式多电平逆变器  17-18
  2.3 级联式多电平逆变器  18-21
  2.4 多电平逆变拓扑结构对比  21-22
  2.5 本章小结  22-23
3 多电平逆变器的PWM调制技术  23-30
  3.1 阶梯波调制  24-26
  3.2 载波移相脉宽调制  26-29
  3.3 多载波相移调制技术的评价  29
  3.4 本章小结  29-30
4 基于降低开关损耗的调制算法  30-38
  4.1 基于降低开关损耗原因分析  30
  4.2 开关损耗  30-31
  4.3 调制原理  31
  4.4 调制算法仿真  31-37
    4.4.1 三角波发生器  32-33
    4.4.2 优化调制算法  33-37
    4.4.3 基本功率单元模块  37
  4.5 本章小结  37-38
5 仿真结果对比分析  38-46
  5.1 五单元级联输出对比分析  38-42
  5.2 十单元级联输出对比分析  42-45
  5.3 本章小结  45-46
结论  46-47
参考文献  47-50
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  50-51
致谢  51-53

多电平逆变器优化调制算法研究

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