三电平逆变器输出波形质量评价机制与优化策略研究

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1、三电平逆变器输出波形质量评价机制与优化策略研究TheEvaluationMechanismandOptimizationStrategyofOutputWaveformQualityforThree-LevelInverter一级学科：电气工程学科专业：电机与电器研究生：张国政指导教师：夏长亮天津大学电气自动化与信息工程学院二零一七年五月万方数据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

2、或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学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已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：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学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

3、位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日万方数据万方数据摘要中点箝位型三电平逆变器凭借其输出电压谐波含量少、开关器件承受电压应力低等诸多优点，被广泛应用于中高压大功率电机驱动领域。然而，随着三电平逆变器功率等级的提高，逆变器输出谐波损耗与逆变器开关损耗之间的矛盾愈发凸显，如何在不增加逆变器开关损耗的前提下尽量抑制逆变器输出谐波损耗，提高输出波形质量，是中高压大功率电机驱动领域亟待解决的问题。针对这一问题，本文开展了一系列研究。首先分析了异步空间矢量调制与同步空间矢量调制、连续调

4、制与不连续调制的基本原理；详细介绍了输出电压加权总谐波畸变率、输出电流波动量有效值和定子磁链波动量有效值等逆变器输出波形质量评价指标，对比分析了各种评价指标的等效关系、计算复杂度和适用场合，为后续研究中点箝位型三电平逆变器输出波形质量评价机制和输出波形质量优化策略提供必要的理论基础与对比依据。针对传统异步不连续空间矢量调制方法无法在降低逆变器开关损耗的同时改善逆变器输出波形质量的问题，本文充分利用三电平逆变器基本电压矢量的冗余开关状态，提出零箝位模式，并以平均误差电流矢量幅值最小为原则确定正、负

5、、零箝位模式在空间矢量平面的分布区域，提出了基于平均误差电流矢量幅值的异步不连续空间矢量调制逆变器输出波形质量优化策略。结果表明：通过合理设置不连续区间在输出相电压中的分布位置，可以有效改善三电平逆变器的输出电压与电流波形质量。针对传统异步连续空间矢量调制方法与不连续空间矢量调制方法均无法在全调制度范围内保持输出波形质量最优的问题，本文将连续调制开关序列与不连续调制开关序列混合作用，以输出电流波动量有效值为评价指标，确定各开关序列在空间矢量平面的分布区域，提出了基于输出电流波动量有效值的异步混合

6、空间矢量调制逆变器输出波形质量优化策略。结果表明：通过细分各开关序列作用区域，可以保证三电平逆变器在全调制度范围内输出波形质量最优。针对传统同步空间矢量调制方法作用下逆变器输出电流波动较大的问题，本文将调制度进行分段，并在各分段区间内设计满足同步性和对称性要求的不连续调制开关序列组合，拓展了同步空间矢量调制备选开关序列组合，以平均误差电流矢量幅值最小为原则，确定了不同调制度范围内的最优开关序列组合，在不增加逆变器开关损耗的前提下减小了逆变器的输出电流波动。关键词：中点箝位型三电平逆变器，空间矢量

7、调制，波形质量优化万方数据万方数据AbstractNeutralpointclamped(NPC)three-levelinvertersaremoreandmorewidelyusedinthefieldofmedium-voltagehigh-powermotordriveduetotheiradvangesincludinglowharmonicoutputvoltageandlowvoltagesustainabilityofsemiconductordevices.However,wi

8、ththeincreaseofthepower,thecontradictionbetweentheharmoniclossandtheswitchinglossofthethree-levelinverterismoreandmorecritical.Therefore,inordertoimprovetheoutputperformanceofthethree-levelinverterwithouttheincreaseofswitchingloss,manycontributionsha