npch桥五电平逆变器脉宽调制策略研究

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1、硕士学位论文NPC/H桥五电平逆变器脉宽调制策略研究ResearchonPulseWidthModulationStrategyforNPC/H-BridgeFive-LevelInverter作者：吴斌导师：戴鹏教授中国矿业大学二○一五年五月中图分类号TM464学校代码10290UDC621.3密级公开中国矿业大学硕士学位论文NPC/H桥五电平逆变器脉宽调制策略研究ResearchonPulseWidthModulationStrategyforNPC/H-BridgeFive-LevelInverter作者吴斌导师戴鹏

2、申请学位工学硕士培养单位信息与电气工程学院学科专业电气工程研究方向多电平变换器控制答辩委员会主席评阅人二○一五年五月论文审阅认定书研究生吴斌在规定的学习年限内，按照研究生培养方案的要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本学位论文，经审阅，论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作为学位申请论文送专家评审。导师签字：年月日致谢本论文是在我的导师戴鹏教授悉心指导下完成的。在三年的硕士研究生生涯，不管是学习，还是生活，戴老师都给我以莫大的帮助。他严谨的治学态度、渊博

3、的知识以及优异的为人处世品格，是我努力学习的榜样，对我以后的学习和工作产生了深远的影响。在此谨向我的导师表示衷心的感谢。感谢伍小杰教授和课题组其他老师，在学术上对我的关怀和指导。感谢袁庆庆、张金科两位博士在学术论文写作及生活上的帮助与指导，他们认真的科研态度，孜孜不倦的努力精神深深感染着我。感谢李俊杰、李高峰、杨泰鹏师兄，陈利娜师姐在专业研究领域给予的莫大指导，他们乐观的人生态度、乐于助人的精神、优秀的做人做事品格是我学习的榜样。感谢王钊、吴强、张婷婷、朱茂森、赵明龙、苗文彬、邢履帅等同学一直以来给予的热情帮助。感谢本、硕

4、校友的苏良成、徐欢庆，三年读研期间在学术研究和生活琐事上提供的鼎力支持，能够拥有你们这样的好友是我莫大的荣幸。感谢我的父母一直默默无闻的支持和关爱，感谢你们用辛勤的劳动为我提供了极大的物质与精神支持，没有你们的关爱与奉献，就没有今天的我，在此我向你们表示衷心的感谢，并将继续努力向前！感谢各位评审专家在百忙之中的审阅!摘要与传统两电平逆变器相比，多电平逆变器具有谐波含量低、开关损耗及电磁干扰小等优点。本文以NPC/H桥五电平逆变器为研究对象，为提高其输出性能，对其脉宽调制策略进行深入研究，主要研究内容如下：1.介绍NPC/H

5、桥五电平逆变器的结构特点和工作原理。针对基于载波垂直分布的正弦脉宽调制（SPWM）策略应用于该拓扑时，三电平桥臂内和桥臂间器件功率不平衡及不易于向NPC/H桥级联型多电平逆变器拓展的缺点，分析了三种混合SPWM控制方法。理论分析及仿真结果表明，这三种混合SPWM控制方法可以较好实现桥臂内和桥臂间的器件功率平衡，在提高等效载波频率的同时，又易于向NPC/H桥级联型多电平逆变器拓展。为提高上述几种SPWM控制方法的直流电压利用率，降低开关损耗，研究了可以提高15%直流电压利用率，达到空间矢量脉宽调制（SVPWM）算法效果的开关

6、频率优化PWM控制方法。为了减少载波数量，研究了一种最少载波脉宽调制策略，并同时进行了仿真与实验验证。最后，对以上各种载波脉宽调制策略在不同调制度时的输出线电压波形的谐波性能及基波含量进行了仿真对比分析。2.详细介绍了传统SVPWM算法应用于NPC/H桥五电平逆变器的具体实施步骤，并进行仿真与实验验证。针对该算法计算量大，实时性差的问题，研究了三种通用快速的多电平简化SVPWM算法。仿真与实验结果表明，这三种算法计算量小，实现简单，易于向更高电平拓展。根据NPC/H桥的拓扑结构特点，将三电平SVPWM与移相技术结合，提出了

7、一种适用于NPC/H桥级联型多电平逆变器的相移SVPWM方法。该方法可以克服载波脉宽调制策略直流电压利用率低，谐波含量大，较难优化逆变器输出性能等方面的不足。以两电平和三电平为例，深入探讨了SPWM与SVPWM之间的本质联系。3.分析了NPC/H桥五电平逆变器共模电压的产生机理，针对抑制共模电压的传统七段式SVPWM算法效果不太明显的问题，从调制策略方面入手，设计了一种不仅可以将共模电压的最大值抑制到更小范围，并且可以减小开关损耗的五段式调制策略。同时，研究了两种可以基本消除共模电压的调制策略，并对以上抑制或消除共模电压的

8、调制策略进行了仿真验证。4.介绍了以TMS320F28335DSP和XC3S400FPGA为核心控制器的五电平实验样机，基于该实验样机完成了本文所研究调制策略的实验验证。关键词：NPC/H桥五电平逆变器；载波脉宽调制；器件功率平衡；SVPWM；开关损耗；共模电压IAbstractComparingwit