四象限級聯型多電平高壓大功率逆變器控制系統(tǒng)研究.pdf

1、四象限級聯型多電平逆變器采用電壓型PWM整流器取代傳統(tǒng)級聯型多電平逆變器中的二極管整流器，從而能夠實現能量的雙向流動，克服傳統(tǒng)級聯型多電平逆變器不能再生運行的局限性，擴展級聯型多電平逆變器的應用范圍。它通過多個功率單元的串聯來實現高壓輸出，每個功率單元由網側電壓型PWM整流器、直流電容和電機側H橋逆變器組成。每個網側電壓型PWM整流器需要單獨控制，所有的H橋逆變器能夠統(tǒng)一調制。四象限級聯型多電平逆變器主要應用于高壓大功率交流電機變頻調速

2、領域。
　　 本文針對四象限級聯型多電平逆變器，從網側電壓型PWM整流器的控制、電機側H橋逆變器的調制和級聯型多電平逆變器在高壓大功率交流電機調速系統(tǒng)中的應用等三個方面展開研究，通過仿真分析驗證了所提的所有控制策略和調制方法的有效性，取得的研究成果主要包括以下幾個方面。
　　 (1)網側電壓型PWM整流器的非線性控制策略。
　　 針對三相電壓型PWM整流器，提出了2種非線性控制策略。在第1種控制策略中，電流內環(huán)采

3、用滑?？刂疲鶕吔伤惴ㄔO計滑?？刂破?，提高了系統(tǒng)對參數擾動的魯棒性，具有設計過程簡單，易于實現的優(yōu)點。電壓外環(huán)采用負載電流前饋控制和輸出直流電壓反饋控制相結合的方法，既充分發(fā)揮了前饋控制作用及時的優(yōu)點，又保持了反饋控制能克服多個擾動和具有對被調量實現反饋檢驗的長處。在第2種控制策略中，采用自抗擾控制技術設計了電壓和電流控制器，控制系統(tǒng)對負載擾動和參數擾動具有很強的魯棒性。
　　 (2)電機側H橋逆變器的PWM方法。
　

4、　 將空間矢量控制技術分別應用到采用5電平H橋逆變器的級聯型多電平逆變器和非對稱級聯型多電平逆變器的調制中，這種調制方式能夠使級聯型多電平逆變器以較低的開關頻率輸出接近正弦波的電壓且只有很低的共模電壓，從而有效地降低了開關損耗，提高了轉換效率。
　　 (3)級聯型多電平逆變器在異步電機調速系統(tǒng)中的應用。
　　 提出了一種級聯型多電平逆變器供電的異步電機矢量控制方案，該方案采用自抗擾控制技術設計速度控制器，利用載波移相脈

5、寬調制方法生成級聯型多電平逆變器的開關信號，通過自適應觀測器來觀測轉子磁鏈。仿真結果表明，系統(tǒng)具有良好的動態(tài)和靜態(tài)性能。
　　 提出了一種級聯型多電平逆變器供電的異步電機直接轉矩控制方案，該方案采用圓形磁鏈軌跡的直接轉矩控制技術得到參考電壓矢量，利用載波移相脈寬調制技術生成級聯型多電平逆變器的開關信號，通過自適應觀測器來觀測定子磁鏈。仿真結果表明，在整個速度范圍內，轉矩的脈動都比較小。
　　 (4)級聯型多電平逆變器在永

6、磁同步電機調速系統(tǒng)中的應用。
　　 提出了一種永磁同步電機矢量控制方案，該方案通過滑模控制技術和自抗擾控制技術來實現永磁同步電機的高性能控制，永磁同步電機既可以采用兩電平逆變器供電，也可以采用級聯型多電平逆變器供電。仿真結果表明，系統(tǒng)具有良好的動態(tài)和靜態(tài)性能。
　　 提出了一種永磁同步電機直接轉矩控制方案。在該方案中，設計了一種自適應定子磁鏈觀測器，該觀測器能快速準確地估計定子磁鏈和定子電阻；采用自抗擾控制技術設計了速度

7、控制器，該控制器能對負載擾動進行估計和補償；采用了基于負載角控制的直接轉矩控制技術得到參考電壓矢量，利用載波移相脈寬調制技術生成級聯型多電平逆變器的開關信號。仿真結果表明，在整個速度范圍內，轉矩的脈動都比較小。
　　 (5)中點箝位式三電平逆變器的空間矢量脈寬調制。
　　 提出了一種具有中點電位平衡控制的中點箝位式三電平逆變器空間矢量PWM方法，該方法只需檢測中點電流方向和電容電壓，通過調整冗余小電壓矢量對的作用時間來控