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级联多电平逆变器空间矢量调制技术的研究

作　者: 尹艳清
导　师: 廖力清
学　校: 中南大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 级联多电平逆变器 空间矢量调制 开关频率优化 特征网络
分类号: TM464
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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引　用: 2次
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内容摘要


多电平逆变器在大容量、高压场合得到了广泛的应用,采用多电平变换技术可以显著提高逆变器输出电压的质量指标。在多电平逆变器的多种控制策略中,空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法具有调制比大、能够优化输出电压波形、易于数字实现、母线电压利用率高等优点,成为人们关注的热点。本文首先介绍当前主要的多电平逆变器的拓扑结构和PWM调制技术。重点阐述了级联式多电平逆变器的结构特征和工作原理；讨论了级联型多电平逆变器现有的控制方式,主要包括载波调制法和空间矢量调制法,分析了这几类PWM控制方法的基本原理及各自特点。重点研究了级联式多电平逆变器的SVPWM调制技术,给出了SVPWM算法的步骤,论述了给定空间电压矢量落入的每个小三角的各个矢量时间的计算方法。其次,以2级5电平逆变器作为研究对象,着重分析了空间矢量调制技术在多电平逆变器上的应用。在α-β平面上,提出了特征网络和特征四边形的概念,采用基本切换沿特征网络遍历扇区的每个顶点。由于特征四边形的封闭性以及特征四边形之间的切换关系,发现了随着参考电压轨迹的半径所在的范围不同,特征网络具有两种不同的形状,并分别给出了开关切换次数的计算方法。在这两种特征网络中,以特征四边形为基础分析了总开关次数最小的切换路径,提出了优化开关频率的空间矢量调制算法。采用Matlab对该算法进行了仿真验证,并与同相层叠正弦调制算法的仿真结果进行了比较,该算法开关切换次数降低到37%。最后,建立了2级5电平级联型逆变器拓扑结构实验平台,并在实验平台上实现了开关频率优化SVPWM调制算法,验证了调制算法的正确性和有效性。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章 绪论  8-19
  1.1 研究背景和意义  8-9
  1.2 多电平逆变器研究现状  9-17
    1.2.1 多电平逆变器的电路拓扑结构研究现状  9-15
    1.2.2 多电平逆变器的PWM控制策略研究现状  15-16
    1.2.3 多电平逆变器空间矢量调制算法的研究现状  16-17
  1.3 论文的主要内容及章节安排  17-19
第二章 级联多电平逆变器的拓扑结构  19-25
  2.1 单相全桥逆变电路  20-22
  2.2 单元级联多电平逆变器  22-24
  2.3 本章小结  24-25
第三章 级联多电平逆变器的PWM调制策略  25-37
  3.1 基于载波调制的PWM方法  25-30
    3.1.1 载波层叠法  25-27
    3.1.2 载波相移PWM调制  27-29
    3.1.3 开关频率优化法  29-30
  3.2 空间矢量调制法  30-35
    3.2.1 空间矢量调制法的原理  30-32
    3.2.2 级联型逆变电路的数学模型  32-33
    3.2.3 空间矢量调制法的计算步骤  33-35
  3.3 本章小结  35-37
第四章 2级5电平逆变器空间矢量调制的开关频率优化  37-53
  4.1 电压矢量在α-β两相平面上的分布  37-40
    4.1.1 基本矢量在α-β平面上的表示  37-38
    4.1.2 α-β平面上参考矢量的轨迹及其逼近扇区序列S  38-40
  4.2 基本矢量的切换  40-45
    4.2.1 扇区三角形的顶点矢量的切换顺序  40
    4.2.2 α-β平面的三种基本切换  40-44
    4.2.3 特征四边形组成的网络  44-45
  4.4 优化开关频率的SVPWM调制算法  45-49
    4.4.1 参考矢量所在扇区的定位  45-46
    4.4.2 三角形顶点矢量对应实现的计算  46-47
    4.4.3 优化调制算法的实现步骤  47
    4.4.4 开关频率优化算法的开关切换次数估计  47-49
  4.5 仿真研究  49-52
  4.6 本章小结  52-53
第五章 优化调制算法模拟实验  53-63
  5.1 实验平台的硬件结构  53-58
    5.1.1 逆变器主回路  53-55
    5.1.2 控制回路  55-58
  5.2 优化SVPWM算法的软件实现  58-60
  5.3 模拟实验结果  60-62
  5.4 本章小结  62-63
第六章 总结与展望  63-65
参考文献  65-70
致谢  70-71
攻读硕士学位期间的研究成果  71

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 变压器、变流器及电抗器 > 变流器 > 逆变器
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