三電平牽引逆變器優(yōu)化脈寬調(diào)制與中點電位平衡控制算法.pdf

1、二極管箝位型(neutral-point-clamped，NPC)三電平逆變器自1981年首次提出應(yīng)用于交流傳動系統(tǒng)以來，已成為中壓大功率傳動領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的多電平逆變器。由于開關(guān)損耗、逆變器體積及散熱能力等限制，現(xiàn)有功率器件最高開關(guān)頻率一般不超過1kHz，為降低電機在寬速度范圍內(nèi)運行時的定子電流畸變、諧波轉(zhuǎn)矩、諧波損耗、發(fā)熱和噪聲等，通常在不同速度區(qū)段采取不同的調(diào)制算法即多模式調(diào)制。如何在有限的載波比下，設(shè)計出電流諧波畸變和轉(zhuǎn)矩脈動最低

2、的三電平牽引逆變器優(yōu)化脈寬調(diào)制算法，具有重要的理論和工程應(yīng)用價值。因此，本文主要對不同類型、不同載波比下的脈寬調(diào)制算法及其諧波性能、中點電位平衡控制算法進行了研究。
　　首先簡要介紹了三電平牽引逆變器的主電路結(jié)構(gòu)及其工作原理;分析了三電平異步空間矢量脈寬調(diào)制(space vector pulse width modulation，SVPWM)算法基本原理，以及基于60°坐標(biāo)系計算矢量作用時間的異步SVPWM簡化算法;通過仿真對比分

3、析了采用不同合成矢量序列的兩種異步SVPWM簡化算法的諧波性能。
　　其次，介紹了三電平同步PWM的基本原理;針對基于空間電壓矢量在線計算矢量作用角度的同步PWM，為消除偶數(shù)次諧波分量，設(shè)計了8種滿足半波對稱、三相對稱、考慮1/4周期對稱約束的三矢量同步SVPWM;為進一步降低線電壓的加權(quán)總諧波畸變率，分析并設(shè)計了3種考慮矢量分配系數(shù)影響的四矢量同步SVPWM，得到特定矢量序列中矢量分配系數(shù)與諧波性能間的定量關(guān)系;針對基于單相橋臂

4、電壓波形離線計算開關(guān)角的優(yōu)化同步PWM，根據(jù)優(yōu)化目標(biāo)的不同，分別對特定次諧波消除PWM、電流諧波最小PWM、轉(zhuǎn)矩諧波最小PWM建立優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，結(jié)合初值經(jīng)驗公式和解軌跡微分預(yù)估初值的方法，完成不同載波比下各優(yōu)化同步PWM的優(yōu)化開關(guān)角求解，并對電流諧波性能進行了理論對比分析;針對如何設(shè)計三電平牽引逆變器全速域脈寬調(diào)制技術(shù)的問題，分別從載波比個數(shù)、最高開關(guān)頻率、電流諧波畸變率、轉(zhuǎn)矩脈動、DSP數(shù)字化實現(xiàn)等方面對比分析了上述兩類同步PWM算法

5、;最后通過仿真驗證了各同步PWM的有效性，并對比分析了各同步PWM的諧波性能。
　　再次，針對三電平牽引逆變器的中點電位不平衡問題，提出一種基于SHEPWM的中點電位平衡三級滯環(huán)控制方法，通過分析三相橋臂電壓波形對應(yīng)的開關(guān)矢量序列及其作用角度，設(shè)計了三種冗余矢量調(diào)整方案;該方法直接對三相PWM信號進行在線調(diào)整，適用于任何PWM算法;最后通過仿真驗證了該中點電位平衡控制算法在兩種異步SVPWM和兩類同步PWM下，均能夠?qū)崿F(xiàn)對中點電位