級聯(lián)多電平逆變器高性能控制方法及故障診斷的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、級聯(lián)H橋多電平逆變器主要應用于高壓大功率電動機的變頻調(diào)速場合。因其具有拓撲結(jié)構(gòu)簡單、輸出諧波失真小、器件電壓應力低、易于模塊化等優(yōu)點而受到廣泛關(guān)注，成為近年來高壓大功率交流傳動應用領域的研究熱點。
　　本文從級聯(lián)H橋多電平逆變器的結(jié)構(gòu)特點出發(fā)，結(jié)合高壓大功率交流傳動系統(tǒng)的實際需求，重點研究了級聯(lián)H橋多電平逆變器的控制技術(shù)、故障診斷方法和能量回饋控制策略。一方面在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的基礎上，改進調(diào)制方式、優(yōu)化控制算法獲得更好的輸出性能，提出故

2、障診斷方法提高系統(tǒng)的可靠性和容錯性;另一方面對目前的結(jié)構(gòu)和控制策略進行改進，進一步拓展級聯(lián)H橋多電平逆變器的應用場合。本文的主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新點如下:
　　(1)闡述了空間矢量調(diào)制技術(shù)的基本原理，分析了空間矢量調(diào)制技術(shù)在級聯(lián)H橋多電平逆變器應用中的不足，研究了異步電機的直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù);在多電平載波移相調(diào)制技術(shù)特點的基礎上，提出了一種適合級聯(lián)H橋多電平逆變器的欠量錯時疊加調(diào)制方法，簡化了傳統(tǒng)多電平空間矢量控制中復雜的開關(guān)表計算，基

3、于該方法實現(xiàn)了大功率異步電機的直接轉(zhuǎn)矩控制，減小了系統(tǒng)輸出電流脈動和電磁噪聲。
　　(2)介紹了電網(wǎng)實際運行時的常見異常情況，闡述了電網(wǎng)瞬時失電對級聯(lián)多電平H橋逆變器的影響;研究了現(xiàn)有高壓逆變器“飛車啟動”速度辨識技術(shù);針對異常情況的不可預見性和不確定性，提出了一種雙閉環(huán)模糊邏輯自整定PID轉(zhuǎn)速追蹤方法，給出了具體的參數(shù)整定規(guī)則，提高了系統(tǒng)對參數(shù)變化的魯棒性，改善了系統(tǒng)的動態(tài)及穩(wěn)態(tài)性能。
　　(3)闡述了現(xiàn)有高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)

4、的故障診斷方法，針對級聯(lián)H橋多電平逆變器載波移相調(diào)制方法特點，提出了一種低成本的單傳感器多電壓檢測方法，實現(xiàn)功率單元簡單快速的故障診斷;在逆變器輸出電壓頻率已知的前提下，提出了一種變N同步采樣半波外展FFT諧波計算方法，解決了常規(guī)FFT計算方法的頻譜泄漏問題;用計算得到的諧波特征和單傳感器多電壓檢測結(jié)果訓練改進的自適應共振神經(jīng)網(wǎng)絡，建立故障智能診斷系統(tǒng)，實現(xiàn)故障功率單元中故障開關(guān)器件的定位。
　　(4)分析了傳統(tǒng)級聯(lián)H橋多電平逆變

5、器不能四象限運行的不足，闡述了具有有源前端的級聯(lián)H橋多電平逆變器功率單元電路結(jié)構(gòu)和數(shù)學模型;基于PWM整流器在兩相靜止坐標系中的數(shù)學模型，結(jié)合了瞬時功率理論及PWM整流器直接功率控制的特點，基于模糊邏輯，提出了一種新的PWM整流器模糊邏輯功率預測控制策略，解決了傳統(tǒng)PWM整流器直接功率控制策略中滯環(huán)比較器帶來的滯環(huán)寬度和控制精度的矛盾，所提策略具有較好的控制穩(wěn)定性和較快的動態(tài)響應。
　　本文對所提出的方法進行了大量的理論分析及仿真