基于空间矢量的PWM方法研究.doc

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1、1.绪论1.1课题意义与背景空间矢量脉宽调制(spacevectorpulsewidthmodulation)是已被应用于变频器、ups、无功补偿器等领域的新技术。近年来随着大型重工业行业的技术改造和更新工作的展开，对大功率、高质量变频器的需求与日俱增，这种情况在我国尤其突出。电力电子技术、微电子技术和控制理论的发展，为变频器技术日趋成熟准备了条件，先进的svpwm技术在此环境下应运而生。变频器的svpwm算法与其拓扑结构有着密切的联系，因此必须根据变频器拓扑结构的不同，选取相应的控制算法。电力电

2、子技术是一门融合了电力技术、电子技术和控制技术的交叉科学，自20世纪50年代末第一支管问世以来，电力电子技术就开始登上现代电气传动技术舞台，在随后的40余年里，电力电子技术在电气件、变流电路、控制技术等方面都发生了日新月异的变化，在国际上，电力电子是竞争最激烈的高新技术领域。现代电力电子技术无论是对改造传统工业还是对高新技术产业都至关重要，他们已经迅速的发展成为了一门与现代控制理论、电机控制、微电子等科目相互渗透的学科。电力电子技术的应用领域几乎涉及及国民经济的各个部门，在风能、太阳能等节能电源、

3、交直流供电电源、电机节能应用、电梯控制等领域，乃至社会生活等诸多方面的应用不断延伸，是信息时代的重要关键技术之一。电力电子变换器的控制策略和方法与其使用的电力半导体器件和拓扑结构有密切关系，不同的开关器件和不同的拓扑有不同的pwm方式，比如，基于半控开关和全控开关的变换器控制方式完全不一样，基于不同类型的全控开关的变换器控制方式中关键参数也有很大差异。从变换器控制策略的角度讲，可以将pwm技术分开两个层面，一个是pwm实现方法，一个是pwm控制目标的确定。PWM控制技术亦称为斩波技术，与之相对应的

4、有一种脉幅调制控制技术，既在能量采样时,脉宽不变，脉幅不变，从而输出不同的幅值的恒脉宽脉冲序列。他们统称为调制技术。多电平逆变器适用于高压、大功率电力电子装置和设备中，是当前研究的热点。其基本思想是把多个功率器件按一定的拓扑结构连接成可以提供多种电平输出的电路，然后使用适当的控制逻辑将几个电平台阶合成阶梯波以输出逼近萨弦的交流电压。多电平逆变器在大功率有源电力滤波、无功补偿等电能质量综合治理领域以及高电压电动机驱动等场合获得了广泛的应用。有源电力滤波技术和无功补偿技术对于电力系统改善供电质量，保证

5、可靠性有着重要的意义。电力系统要求有源滤波和无功补偿装置具有良好的调节性能和足够大的输出功率，以提供电流的超前或滞后补偿，同时要求系统有足够的频带宽度以达到消除高次谐波的目的。为实现对无功电流和高次谐波电流的有效补偿，需要开关器件工作在较高的频率下，而大功率电力电子器件(如GTO等)的开关频率较低，且高的开关频率会导致较大的开关损耗，降低了系统效率，难以满足现代电网的需要。多电平逆变器应用于有源电力滤波装置，在较低的器件开关频率下，就可增大系统的等效开关频率．使整个逆变器的传输带宽大大提高。多电平

6、逆变器应用于静止无功补偿装置可以对无功功率进行动态补偿，抑制电压波动和

7、=j、j变，提高系统功率因数，降低设备容量，减小功率损耗：减少对电网的谐波污染；稳定电网电压，提高供电质量，改善输电系统的稳定性，提高输电能力。多电平逆变器的最主要的应用场合是高压变频调速系统。根据全国第三次工业普查公布的统计资料，我国风机、泵类总装机容量达到1.6亿kW，年耗电量3200亿kWh，占全国发电量的40%。大部分风机和水泵的高压驱动电机都为恒压恒频控制，如采用变频方式控制高压电机可节约至少20％的电能。节能是当前

8、我国由高能耗型的经济增长方式向低能耗型增长方式转变，不断提高经济发展质量的重要途径之一。将多电平逆变技术应用于高压大功率风机和水泵的变频调速具有现实的节能意义。传统的晶闸管交交变频调速和降压——普通变频——升压的晶闸管变频装置不但结构复杂，而且大多采用SCR和GTO作为开关元件，由于开关频率只有几百Hz，引起电机电流、转矩脉动，动态性能差等问题。与降压——普通变频——升压的变频装置相比较，采用多电平逆变技术的变频装置可以省去输出变压器，直接输出高电压，系统结构更简洁、效率增加。此外，此类系统网侧谐

9、波较大，对电网污染严重，需要附加电网滤波装置，使系统成本增加。多电平逆变器采用多级直流电压合成阶梯波以逼近正弦波，随电平级数的增加，合成的输出阶梯波级数增加，输出越来越逼近正弦波，谐波含量大大减小。多电平逆变器因其谐波含量小、效率高、输出电压高、功率大，已经成为高压变频调速领域的新宠。1.2研究现状多电平逆变器的拓扑结构包括二极管嵌位式、电容嵌位式、级联式，针对多电平逆变器拓扑结构的研究已经趋于成熟。多电平逆变器的控制方式是决定其性能的一个重要环节，也是多电平逆变技术的一个重要方面