級聯(lián)多電平逆變器SVPWM技術(shù)的算法研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、通用的兩電平和三電平逆變技術(shù)受功率開關(guān)管額定參數(shù)的限制，不宣應(yīng)用于高電壓大功率場合。多電平逆變技術(shù)使用耐壓值較低的全控型電力電子器件實(shí)現(xiàn)高壓大功率輸出，與使用電力電子器件串、并聯(lián)方式實(shí)現(xiàn)的高壓大功率逆變技術(shù)相比，多電平逆變技術(shù)能有效減少PwM控制產(chǎn)生的高次諧波，并且du/dt和di/dt大大減少，開關(guān)管的開關(guān)切換次數(shù)減少。但隨著級聯(lián)單元數(shù)的增加，逆變器控制的復(fù)雜性也顯著增大，實(shí)現(xiàn)更加困難。本文以級聯(lián)多電平逆變器作為研究對象，對空間矢量調(diào)

2、制技術(shù)在級聯(lián)多電平逆變器上的應(yīng)用進(jìn)行深入的研究，通過對空間矢量調(diào)制算法的優(yōu)化減小控制復(fù)雜性隨電平數(shù)增加的問題；通過降低功率開關(guān)管的開關(guān)切換頻率來減少開關(guān)損耗，解決用開關(guān)頻率低的器件實(shí)現(xiàn)高頻輸出；通過選擇合適的實(shí)現(xiàn)抑制多電平逆變器輸出的零序電壓。
　　 1.在α'-β'坐標(biāo)平面上實(shí)現(xiàn)空間矢量調(diào)制算法，即用扇區(qū)三角形三個(gè)頂點(diǎn)矢量分時(shí)制合成基本矢量，為了實(shí)現(xiàn)在三個(gè)頂點(diǎn)矢量之間的切換，通常采用七段調(diào)制算法和五段調(diào)制算法。分析七段調(diào)制算法

3、和五段調(diào)制算法發(fā)現(xiàn)逆變器的開關(guān)切換頻率比較高，為了減少開關(guān)切換頻率并保持切換路徑的封閉性，本文第3章利用兩種扇區(qū)三角形組成的特征四邊形，沿著特征四邊形的四條邊遍歷扇區(qū)三角形的頂點(diǎn)矢量只需要兩次基本切換，仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析一致，該方法的開關(guān)切換頻率大約為七段調(diào)制算法開關(guān)切換頻率的1/3，為五段算法開關(guān)切換頻率的2/3。
　　 2.為了確定兩種三角形組成的三類特征四邊形，本文提出利用采樣點(diǎn)切線斜率的大小以及該切線與相鄰矢量組成

4、的線段交點(diǎn)來判斷兩種三角形組成的四邊形的類型，該方法保證了特征四邊形法的實(shí)現(xiàn)。
　　 3.由于多電平逆變器的基本矢量對應(yīng)的實(shí)現(xiàn)存在冗余，冗余實(shí)現(xiàn)對應(yīng)的線電壓不變，但相電壓的大小發(fā)生改變，且對應(yīng)零序電壓分量也發(fā)生變化。本文第4章提出的優(yōu)化零序電壓的方法就是從所有的冗余實(shí)現(xiàn)中尋找零序電壓分量的絕對值最小的實(shí)現(xiàn)作為有效的相控信號。
　　 4.在零序電壓優(yōu)化控制算法中，為了完成在扇區(qū)三角形的三個(gè)頂點(diǎn)之間的切換，本文提出，相鄰的扇

5、區(qū)三角形組成的四邊形為特征四邊形的情況下，利用特征四邊形法遍歷扇區(qū)三角形的三個(gè)頂點(diǎn)，此時(shí)可以減少開關(guān)切換頻率；如果相鄰的兩個(gè)扇區(qū)三角形不能組成特征四邊形，即存在孤立的扇區(qū)三角形，此時(shí)采用五段算法完成三個(gè)頂點(diǎn)矢量之間的切換。
　　 5.第4章的優(yōu)化零序電壓SVPWM調(diào)制算法在一定程度上降低了零序電壓分量，但隨著調(diào)制系數(shù)的增加，零序電壓的變化范圍增大。對于三級七電平逆變器而言，在任意三角形扇區(qū)內(nèi)，總能找到一個(gè)頂點(diǎn)矢量對應(yīng)的實(shí)現(xiàn)滿足零

6、序電壓N∈{0，-1，+1)的條件，本文第5章利用三級七電平逆變器的這一特點(diǎn)，給出了混合SVPWM算法，使輸出的零序電壓N∈{0，-1，+1}。另一方面，混合調(diào)制算法利用特征四邊形法和五段算法逼近參考矢量減少了開關(guān)切換頻率。
　　 最后，本文搭建了3級7電平逆變器實(shí)驗(yàn)平臺，并在實(shí)驗(yàn)平臺上實(shí)現(xiàn)了開關(guān)頻率優(yōu)化調(diào)制算法、零序電壓優(yōu)化的SVPWM調(diào)制算法以及混合調(diào)制算法，仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明這三種算法與理論分析完全一致，驗(yàn)證了這些調(diào)制算法