基于動(dòng)車組三電平逆變器SVPWM技術(shù)優(yōu)化控制研究.pdf

1、我國擁有世界上規(guī)模最大、速度最快、現(xiàn)代化程度最高、管理經(jīng)驗(yàn)最豐富的高鐵網(wǎng)絡(luò)和目前世界上最多的高速列車。中國提出的絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶和21世紀(jì)海上絲綢之路戰(zhàn)略，給中國軌道交通裝備的迅速發(fā)展提供了更多有所作為的空間。高速動(dòng)車組作為科技密集型產(chǎn)品，其迅速發(fā)展需要各方面技術(shù)研究的支持。NPC(Neutral-Point-Clamped,中性點(diǎn)箝位)型三電平逆變器具有對(duì)功率開關(guān)器件耐壓要求低、諧波少、輸出波形趨于正弦等優(yōu)點(diǎn)，在高壓大功率交流傳動(dòng)中有著

2、了越來越廣泛的應(yīng)用。
　　本文以某型高速動(dòng)車組的牽引逆變系統(tǒng)為研究對(duì)象，首先分析了牽引逆變技術(shù)的兩電平和多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及它們的控制策略，然后介紹了 NPC型三電平逆變器的工作模式、控制要求、空間電壓矢量，并建立了其數(shù)學(xué)模型。對(duì)于傳統(tǒng)SVPWM(空間矢量脈寬調(diào)制)算法中參考矢量所在區(qū)域的判定和基本矢量作用時(shí)間的計(jì)算過程中涉及大量的三角函數(shù)運(yùn)算，對(duì)控制器的運(yùn)算能力要求高，不利于實(shí)時(shí)快速調(diào)節(jié)。本文通過總結(jié)矢量分布規(guī)律和數(shù)學(xué)特性，提出了一

3、種基于60°坐標(biāo)系的SVPWM算法，并給出參考電壓矢量所在其空間電壓矢量分布圖中大扇區(qū)和最小三角形位置判斷規(guī)則，該算法無需進(jìn)行復(fù)雜的三角函數(shù)運(yùn)算，減輕了控制器的計(jì)算負(fù)擔(dān)。Simulink仿真驗(yàn)證了本簡化算法的可行性。
　　其次，研究了NPC型三電平逆變器直流側(cè)電容中點(diǎn)電位不平衡帶來的危害、產(chǎn)生的原因和改進(jìn)的控制策略。針對(duì)這一固有問題，本文從三電平SVPWM控制算法入手，利用正負(fù)冗余小矢量對(duì)產(chǎn)生相同線電壓，但對(duì)中點(diǎn)電位影響恰好相反的

4、特點(diǎn)，提出一種優(yōu)化的準(zhǔn)雙極性調(diào)制SVPWM算法。該算法在準(zhǔn)雙極性調(diào)制策略的基礎(chǔ)上引入了一個(gè)實(shí)時(shí)控制因子k，它根據(jù)分壓電容中點(diǎn)電壓的大小來重新分配下一個(gè)PWM周期內(nèi)正、負(fù)小矢量的相對(duì)作用時(shí)間，以此來實(shí)時(shí)控制流入電容中點(diǎn)的電荷量，抑制中點(diǎn)電位的不平衡。Matlab仿真結(jié)果驗(yàn)證了本算法可以有效抑制中點(diǎn)電位的波動(dòng)和漂移，尤其在深度調(diào)制時(shí)。
　　最后，設(shè)計(jì)開發(fā)了以TMS320F2812 DSP為控制核心的NPC型三電平逆變器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。該平臺(tái)