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三电平PWM整流器控制策略研究

作　者: 方鼎
导　师: 童亦斌
学　校: 北京交通大学
专　业: 电气工程
关键词: 三电平PWM整流器 空间电压矢量调制 中点平衡控制 低电压穿越
分类号: TM461
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 307次
引　用: 3次
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内容摘要


摘要：多电平PWM整流器的功率器件所受应力小,网侧输入电流谐波含量少,可以在单位功率因数下运行,且能量可双向流动,因此在中高压大功率变流领域有广泛的应用。在多电平PWM整流器的控制策略中,空间电压矢量调制(SVPWM)的控制算法的中间直流电压利用率高、调制比大,且可以优化输出波形,更适合数字化控制系统的实现。这些优点使得SVPWM逐渐成为多电平PWM整流器的控制策略研究的热点方向。本文主要从以下几个方面开展对三电平PWM整流器的研究：(1)通过对多电平整流器的三种主要电路拓扑的介绍,选择以二极管钳位型三电平变流器作为研究对象,分析其电路工作原理,说明三电平NPC变流器与两电平变流器相比的优势所在。(2)详细分析了三电平整流器的SVPWM的控制算法的实现。首先介绍了空间电压矢量调制的基本原理,说明以三个基本矢量来合成参考矢量的方法；之后通过详细的分析计算,说明参考矢量空间位置的判断方法和各基本矢量的动作时间和开关顺序的计算公式,从而得出SVPWM的控制算法的实现方案。(3)针对三电平二极管钳位型PWM整流器中出现的中点平衡问题,分析其产生的原因,基于SVPWM控制算法上提出一种基于分配因子的中点平衡控制算法。通过仿真验证其控制算法的可行性。(4)针对电力系统对风电并网的低电压穿越的要求,分析电网跌落对风电变流器的影响,提出一种基于耗能型的Crowbar电路来实现低电压穿越的能力。并通过仿真验证设计的合理性。(5)利用MATLAB仿真软件对本文提出的SVPWM控制算法进行仿真验证。并搭建三电平变流器实验平台,完成三电平整流器的实验,证明了算法的可行性。

全文目录


致谢  5-6
摘要  6-7
ABSTRACT  7-10
1 引言  10-18
  1.1 多电平PWM整流器的研究背景和发展前景  10-11
  1.2 多电平变流器的三种基本拓扑  11-14
    1.2.1 二极管钳位型多电平整流器  12-13
    1.2.2 飞跨电容型多电平整流器  13
    1.2.3 级联型多电平整流器  13-14
  1.3 多电平整流器的控制策略的选择  14-16
    1.3.1 正弦波脉宽调制  15-16
    1.3.2 特定谐波消除脉宽调制  16
    1.3.3 空间电压矢量脉宽调制  16
  1.4 本论文研究目的和主要内容  16-18
2 二极管钳位型三电平PWM整流器的拓扑分析和控制原理  18-21
  2.1 二极管钳位型三电平PWM整流器的工作原理  18-20
  2.2 二极管钳位型三电平PWM整流器的闭环控制系统  20-21
3 三电平整流器的SVPWM算法的实现  21-39
  3.1 整流器的SVPWM控制算法  21-35
    3.1.1 三电平SVPWM的基本原理  21-22
    3.1.2 坐标变换  22-23
    3.1.3 三电平的电压基本矢量  23-27
    3.1.4 电压矢量的分解  27-29
    3.1.5 各基本矢量的作用时间计算  29-31
    3.1.6 基本矢量的开关序列  31-35
  3.2 中点平衡的控制  35-39
    3.2.1 中点不平衡的原因  35-36
    3.2.2 中点平衡的控制方法  36-39
4 低电压穿越的实现  39-45
  4.1 电网故障引起电压跌落对风电变流器的影响  39-41
  4.2 低电压穿越的设计与控制  41-45
5 三电平变流器的仿真及分析  45-55
  5.1 并网系统控制模型  46-48
    5.1.1 坐标变换模型  46-48
    5.1.2 前馈解耦模型  48
  5.2 SVPWM脉冲产生模型  48-50
    5.2.1 电压矢量在空间矢量图中位置的判断模型  48-50
    5.2.2 基本矢量的开关次序模型  50
  5.3 实验仿真波形及分析  50-55
    5.3.1 三电平变流器交流侧波形  51-52
    5.3.2 中点平衡控制波形  52-53
    5.3.3 低电压穿越仿真波形  53-55
6 三电平变流器的研制  55-61
  6.1 主电路的设计  55-58
    6.1.1 功率开关器件及其驱动的设计  57-58
  6.2 控制电路的实现  58-59
  6.3 系统软件的设计  59-61
7 实验结果及分析  61-62
8 结论  62-63
参考文献  63-65
附录A  65-66
附录B  66-67
作者简历  67-69
学位论文数据集  69

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 变压器、变流器及电抗器 > 变流器 > 整流器
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