npch桥型五电平变流器控制策略研究

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1、硕士学位论文NPC/H桥型五电平变流器控制策略研究ResearchontheControlStrategyofNPC/HBridgeFive-levelConverter作者：王钊导师：戴鹏中国矿业大学二○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桥型五电平变流器控制策略研究ResearchontheControlStrategyofNPC/HBridgeFive-levelConverter作者王钊导师戴鹏申请学位工学硕士培养单位信电学院学科专业电气工程研究方向多电平变流器技术答辩委员会主席评阅人二

2、○一五年五月论文审阅认定书研究生王钊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我的导师戴鹏教授悉心指导下完成的。师从三载，戴老师对我学习、生活和工作上的关心和帮助，让我难以忘怀，同时戴老师严谨的治学态度、渊博的知识以及不辞劳苦的精神，使我受益匪浅，对我以后的工作和学习产生了深远的影响。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的老师，在三年

3、内对我学习关怀和指导。感谢公铮博士、袁庆庆博士、张金科博士及上海交通大学的王贵峰博士在课题的选择及内容上给予的建议及帮助。感谢课题组的吴强、朱茂森、郭国胜、邢履帅、石祥龙、宋沅鸿、钱建等同学，在实验平台的完善、实验程序调试到论文的检查给予的帮助；在此，特别感谢上海交通大学的王贵峰博士对我实验的帮助；感谢课题组的赵明龙、苗文彬、张婷婷、吴斌等同学对我学习和生活中的关怀；感谢204B实验室各位老师和同学，让我度过了三年愉快的研究生生涯。最后感谢养育我多年的父母，你们在背后一直支持我做的决定，自己却一直不能陪伴你们，心中愧疚万分，在此祝你们身体健康，万事如意！摘要多电平

4、变流器因具有开关器件承受电压低，电压谐波含量少等优点正逐渐成为大功率电力电子装置的首选。本课题以NPC/H桥型五电平变流器为研究对象，研究其调制方法存在的问题，如电容功率平衡、输出电压电流谐波、开关频率及共模电压等；此外，为提高变频器的动态性能，研究电流预测控制在多电平中的应用。首先，分析NPC/H桥型的主电路结构，重点分析串联12脉波二极管整流器输出侧中点与负载中点是否连接对交流侧电流谐波的影响，以及逆变侧不同的工作模式对电容电压的影响，为后续分析调制方法奠定基础。其次，以基于60°坐标系的七段式SVPWM调制策略为例，展开分析多电平的共模电压抑制、载波比与开关

5、切换之间的关系及NPC/H桥型五电平自身存在的电容电压平衡问题，七段式SVPWM调制策略对共模电压有一定抑制作用，通过仿真验证理论的正确性，为分析各类多电平调制算法的开关切换提供理论依据。再次，传统的PI控制存在一个控制周期的延时，影响变流器的动态性能，电流预测控制可以多步预测，弥补PI控制动态性能的不足，但是传统的电流控制，一般适用于两电平、三电平，滚动优化是制约电流预测控制向多电平发展的关键因素，本文结合60°坐标系的七段式SVPWM调制策略，从电压的角度出发，将寻优电压矢量缩减为3个，大大简化预测控制的计算量，将预测控制推广到多电平领域；并且针对NPC/H桥

6、型五电平变流器不存在公共直流母线的特点，研究了一种独立电压预测控制的算法，其特点是电流按相控制，相互不受影响，每相滚动优化3次，电压不存在越级跳变。对两种方法的效果进行了仿真验证。最后，以异步电机为控制对象，建立基于预测控制的电机数学模型，重新设计电流内环，为简化硬件成本，选取电流模型磁链观测器，仿真分析电机的转速、转矩、电流的跟踪效果及电压的开关频率，相比于传统的PI控制，电压的开关频率较低。设计DSP+FPGA控制系统软件流程图，在五电平NPC/H桥型五电平变流器平台上完成基于60°坐标系的七段式SVPWM调制算法及电流预测控制的两种算法实验，验证理论及仿真的

7、正确性。关键词：NPC/H桥型五电平变流器；空间矢量脉宽调制；共模电压；开关序列；模型预测控制IAbstractBenefitingfromtheadvantageslikelowvoltagesonswitchdevices,lowharmonicsinoutputvoltage,etc.,multi-levelconvertershavebeengainingpriorityforhigh-powerpowerelectronicsdevices.BasedontheNPC/Hbridgefive-levelconverter,thisprojectaimst

8、orese