江苏大学现代驱动技术论文-多电平逆变器的工作原理和控制、仿真

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1、命题教师：共1页第1页江苏大学试题（2014—2015学年第1学期）课程名称现代驱动技术与智能化开课学院电气学生所在学院专业、班级学号姓名使用班级电气(普通班)2011/01/02、电气(卓越班)2011/01/02考试日期（开卷）题号一二三四五六七八总分核查人签名得分阅卷教师撰写与下列内容有关的读书报告，其内容不少于8000字。要求：1.和驱动技术内容相关程度高，有理论，有实践，有图表，有公式，条理清晰，文字通顺。2.文稿正文用A4纸打印，5号宋体，1.5倍行距；标题用3号黑体。3.本页与报告合订，本

2、页为首页。主要题目：1.现代交流调速系统的现状、发展趋势2.多电平逆变器的工作原理和控制、仿真3.基于转子磁场定向、基于气隙磁场定向的交流同步电机调速原理、系统和应用4.基于转子磁场定向、定子磁场定向的永磁同步电机矢量控制原理、系统和应用。5.基于直接转矩控制的永磁同步电机调速原理、系统和应用。21JIANGSUUNIVERSITY现代驱动技术与智能化论文课题：多电平逆变器的工作原理和控制、仿真学院：电气信息工程学院班级：学号：姓名：21引言多电平逆变器由于其在中、高压电力传动和电力系统中广阔的应用前景

3、，近年来得到人们广泛的关注。但是，随着电平数的增加，控制的复杂性也随之增加，并且会带来电压不平衡等问题，它对多电平逆变器的电压输出波形质量、有源和无源器件的应力、系统损耗、效率等都有直接的影响，所以对多电平逆变器的调制和控制策略的研究与对多电平逆变器拓扑研究一样，近年来发展很快。本文将着重对多电平逆变器的调制和控制策略进行系统的分析。多电平逆变器的调制和控制策略可以根据开关频率分为两大类：高开关频率PWM调制方式和基波开关频率方式（图1）。高频PWM开关工作的各种方式具有的公共特点是：在多电平逆变器输出

4、电压基波的一个周期内，功率半导体器件要换流很多次。由于多电平逆变器允许使用多个高频载波和调制波，而每一个载波和调制波又可能有多个控制自由度，例如，载波有频率、相位、幅值等多个控制自由度；调制波有频率，幅值，零序分量和形状等多个控制自由度，这些控制自由度的不同组合，将可能产生许多不同的PWM控制方法。在当前工业应用中，非常普遍应用的是经典的正弦脉宽调制（SPWM）方式，并应用移相技术来减少负载电压中的谐波。另外一种方法是已成功地用于三电平逆变器的空间矢量调制（SVM）策略。低频开关的各种工作方式中，在多电

5、平逆变器输出电压的一个周期内，功率半导体器件通常只换流一次或两次，从而产生一个组合的阶梯形波形。这种控制类型的代表是采用多电平选择性谐波消除和空间矢量控制。211各种主要控制策略的原理1.1多电平正弦高频PWM控制以经典的高频三角载波SPWM技术为基础，在多电平逆变器中发展了几种多载波控制技术。有些采用载波配置法，有些运用多载波信号的相位偏移法。图2（a）示出了级联逆变器中的一个单元将正弦参考电压与高频三角载波信号进行比较后产生的典型电压。若一相中含Nc个级联单元，它们的载波相位彼此互差相角θc=360

6、°/Nc，并且所有单元均应用同一个控制电压时，可以产生畸变最小的负载电压。这种载波相移控制技术的效果可以从图3清楚地观察到。图3所示仿真结果是从一个七电平结构每相采用3个单元的多单元逆变器得到的。当各载波分别移相θc=360°/3=120°角度时，我们可以得到最小的畸变：THD＝24.55%。21当前工业应用的普遍做法是在每个单元采用3次谐波注入技术来提高输出电压。（图2（b））,在这种情况下，电压调制比可提高到1.15，虽然每相输出存在3次谐波，但是由于多电平逆变器均用于高压大功率三相系统，三相输出中

7、三次谐波互相抵消。多电平高频SPWM的另外一个优点是，负载电压的等效开关频率是每个单元开关频率的ke倍，因此在不提高开关频率的条件下，可大大减小输出谐波。设三角载波的开关频率是正弦调制波频率的kc倍，则一个三角载波周期所占的电角度为θc=2/kc，对于一个Nc模块的级联型多电平逆变器，相邻三角载波之间的相移为θsh=θc/Nc=2/Nckc，相应的输出SPWM波的等效频率调制比为ke=Nckc。由此可见。ke还决定于它的载波信号频率，这一优点可使每个单元的开关频率降低，因而降低了开关损耗，而且特别适合应

8、用于高压大功率器件的场合。如果将上述移相控制和3次谐波注入法结合起来，可使级联型多电平逆变器兼有两者各自的的优点。1.2空间矢量高频PWM调制空间矢量调制（SVM）技术可以很容易地扩展到所有的多电平逆变器。图4示出了传统的两电平、三电平和五电平逆变器的空间矢量。不管是什么形式的多电平逆变器，这些矢量图是通用的。换句话说，图4（c）对于五电平二极管箝位式、电容器箝位式或级联式逆变器均是合适的。通过计算每一个矢量的占空比（Tj，Tj+1和Tj+