三电平整流器中点平衡控制策略及vsvpwm方法研究

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1、学校代码10530学号201510171873分类号TM461密级公开硕士学位论文三电平整流器中点平衡控制策略及VSVPWM方法研究学位申请人刘嘉婷指导教师黄辉先学院名称信息工程学院学科专业控制工程研究方向电力电子技术与自动化装置二○一八年六月三日TheStudyonTheNeutralPointBalanceControlStrategyAndVSVPWMMethodofThree-levelRectifierCandidateLiuJiatingSupervisorPro.XuJianmin,Pro.HuangHuixianCollegeInstitute

2、ofInformationEngineeringProgramControlEngineeringSpecializationPowerElectronicsTechnologyandAutomationDeviceDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateJune3th,2018摘要中点箝位型三电平（NeutralPointClamped,NPC）整流器较于两电平整流器具有电压更接近正弦波，输出电压电流谐波含量小等优点，已被广泛应用于3kV以下中低压领域。本文以此为研究对象，对两种调制方

3、法空间矢量SVPWM（SpaceVectorPulseWidth）和虚拟空间矢量方法VSVPWM（VirtualSpaceVectorPulseWidth）进行比较：传统的SVPWM方法存在低频振荡，VSVPWM虽然能够在线性或者非线性的负载条件下保持中点平衡但是该方法计算量大，且实现过程复杂。本文针对VSVPWM的分布特点,提出了一种具有中点平衡的斜对称坐标系下的VSVPWM调制方法：在电压矢量图60°坐标系下采用了奇数和偶数扇区坐标系对称的方法重新划分小扇区；采用了斜对称坐标系使得虚拟空间矢量在该下坐标重新分配并且将六大扇区的矢量转换到第一扇区进行简易计算

4、由此给出了在新坐标系下的坐标变换、大小扇区判断方法、矢量占空比、矢量分配的新顺序，克服了VSVPWM需要大量计算的缺点。并且在直流电容中点侧采用冗余小矢量的时间分配方法调节直流侧中点电容的平衡，使得其具有动态的自平衡能力且无低频振荡。此外本文还对以下内容进行了研究：（1）简要的介绍了本课题的研究背景以及意义，简要的概括了三电平拓扑的发展现状以及市场占比，结合三种常见的整流器的基本结构，对三种拓扑进行了优缺点的分析。（2）分析了二极管箝位三电平整流器的工作原理，推理了其在理想条件下的数学模型以及相应的坐标变换；简要的概述了传统SVPWM方法的实现，并分析了三电平

5、整流器的中点平衡问题，其实质是指的中点电流的偏移以及电容中点的低频振荡两个问题，由此对低频振荡的问题和中点电流偏移的问题的提出背景以及发展情况展开了简要的概述，借此深入的分析了低频振荡的原因。（3）针对能够消除低频振荡提出的VSVPWM方法下实现过于复杂的问题提出了斜坐标对称的VSVPWM方法，并且测得直流侧两端的电压差，由冗余矢量调节中点电压平衡的方式使得该方法能够消除不平衡，进而由仿真得出与传统SVPWM和斜坐标对称的VSVPWM方法下的线电压、相电压、电压利用率、直流侧电容平衡状态以及开关损耗对比。指出斜坐标对称的VSVPWM方法能够消除低频振荡且更为简

6、单的实现方式，但缺陷是近似的认为它的开关损耗比SVPWM稍高，且谐波含量略高。（4）讨论三电平整流器在闭环控制下的滑模控制策略问题，在此设计的VSVPWM整流器采用滑模变结构控制系统，具有双闭环结构。电压外环实现直I流电压的快速调整和消除非静态误差。电流内实现整流器在高功率因数下运动，消除直流侧负载的扰动影响。且本文就传统滑模指数趋近律的基础上提出了改进趋近律的方法，实现了系统的快速响应，以及减小了稳态时的滑模抖动问题。关键词：虚拟空间矢量；三电平NPC型整流器；滑模闭环控制；60°斜坐标系；空间矢量调制IIAbstractBecaucetheneutralp

7、ointclampedthree-level(NPC)rectifierhasavoltageclosertoasinewave、asmalleroutputvoltageandcurrentharmoniccontentlessthanatwo-levelrectifierhasbeenwidelyusedinthelowvoltagefieldof3kVorless.Inthispaper,asaresearchobject,thespacevectorpulsewidth(SVPWM)andthevirtualspacevectorpulsewidth(

8、VSVPWM)ofthetwomodu