npc三电平逆变器电容电压平衡与开关频率优化策略

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1、万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨生三些盘茎或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：涉唧娼签字日期：沙l罗年弓月／OB学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解苤鲞三些盘茎有关保留、使用学位论文的规定。特授权墨注三些盘茔可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段

2、保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：蝴蝎签字日期：沙l肄乡月p日导师躲王敬袁2乞签字日期：)o眵年；月产日万方数据学位论文的主要创新点一、针对电容电压不平衡问题提出了最小中点电流调制策略：通过对比两种不同的控制区域划分方法，分析其产生的中点电流，提出一种更优的控制区域划分方法，从而能够在可控区域尽可能控制中点电流为零，在不可控区域将中点电流控制为绝对值最小，使得中点电位波动得到更好的抑制。二、针对一些控制区域的部分开关序列开关频率较高、开关损耗较大的问题，提

3、出了开关频率优化方案，．降低了开关频率，使得开关频率分布更加均衡。万方数据摘要NPC三电平逆变器具有开关频率低、输出电压谐波含量少、功率开关管上电压应力低等优点，成为目前中高压交流领域应用最广泛的多电平变换器。然而，由于NPC三电平逆变器直流侧使用两电容进行分压，工作中易产生电容电压不平衡的问题，进而影响逆变系统的稳定运行及输出性能。牵引逆变器是牵引机车交．直．交变流系统的重要组成部分，随着大功率、高速度运输工具的发展需要，传统的两电平系统渐渐不能满足要求，多电平逆变器成为研究的热点问题。牵引系统在低速运行时，一般采用异步空间矢量调制策略，同时要求开关频率

4、低于lkHz，这使得需要较高开关频率以达到完全控制电容电压平衡的调制策略不再适用。在这种情况下，只能尽量削弱电容电压的不平衡状态。针对这一问题，本文根据中点电流能否控制为零，将控制区域分为可控区域和不可控区域，在可控区域将中点电流控制为零，在不可控区域将中点电流的绝对值控制为最小。在此基础上，对于需要同时使用两个小矢量的可控区域，由于根据小矢量控制中点电流的能力大小舍弃了一个冗余开关状态，使得在这些可控区域中点电流也并不能完全控制为零，此时若采用控制中点电流为零的策略可能会增大电容电压的不平衡。为此，本文通过判断小矢量占空比分配因子是否在其取值范围内，对控

5、制区域进行修正。将占空比分配因子不在其取值范围内，即对中点电流实际并不能控制为零的可控区域实施中点电流绝对值最小控制，以达到尽量减小电容电压不平衡的目的。同时在不同区域选用不同调制策略时，为满足降低开关频率的要求，将不同开关序列切换时的开关次数降到最少，并对开关次数较多的开关序列进行优化。本文首先对3种传统空间矢量调制策略进行分析，利用Matlab／Simulink仿真平台对其电容电压平衡控制效果及产生的开关频率进行对比，进而提出了最小中点电流调制策略，并给出了进一步优化开关频率的方法。最后，针对传统调制策略及本文提出的最小中点电流调制策略进行了对比实验验

6、证，结果证明了所提出的调制策略能够更加有效地控制电容电压平衡和降低开关频率，同时可以输出波形质量较高的电流和电压，且在不同调制度下都能达到良好的控制效果。关键词：NPC三电平逆变器；电容电压平衡；开关频率优化：最小中点电流万方数据ABSTRACTNPCthree．1evelinverteriSthemostwidelyusedmulti—levelconverterinthehigh—voltageACfieldforitsadvantagessuchaslowerswitchingfrequency'lessharmoniccontentoftheout

7、putvoltageandlowervoltagestressonthepowerswitch．AstwocapacitorsareusedintheDCsidetodistributetheDCvoltage，theunbalancebetweenthetwocapacitorvoltageiscommon，andthatwillaffectthestableoperationoftheinverterandtheoutputperformanceofthesystem．TractioninverterisallimportantpartoftheAC—

8、DC·ACsystemoftractionlocomotives．