三电平npc整流器低开关频率技术研究

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1、硕士学位论文三电平NPC整流器低开关频率技术研究StudyonThree-LevelNPCRectifierwithaLowSwitchingFrequency作者：张婷婷导师：伍小杰教授中国矿业大学二○一五年五月中图分类号TM461学校代码10290UDC621.3密级公开中国矿业大学硕士学位论文三电平NPC整流器低开关频率技术研究StudyonThree-LevelNPCRectifierwithaLowSwitchingFrequency作者张婷婷导师伍小杰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换器答辩委员会主席郝继飞评阅

2、人二○一五年五月论文审阅认定书研究生张婷婷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伍小杰教授悉心指导下完成的。师从三载，伍老师对我学习、生活和工作上的关心和帮助，让我难以忘怀，同时伍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地感谢。感谢戴鹏教授、周

3、娟教授、于月森副教授、夏晨阳副教授、耿乙文老师、王颖杰老师，在三年内对我的关怀和指导。感谢袁庆庆博士、张金科博士、公铮博士和徐彤博士，他们在课题研究期间给我积极的建议，提供了无私的鼓励与帮助，是我前进道路上的学习榜样。感谢课题组的苗文彬、吴强、赵明龙、王钊、朱茂森、吴斌等战友多年来的支持和帮助；感谢师弟石祥龙、彭坤、邢履帅、宋沅鸿等在论文修改中提供的帮助；感谢钱健、岳悦、王姝洁等所有师弟和师妹们在生活中给予我的快乐，我会将这三年的时光时刻铭记于心；感谢204b实验室各位老师和同学，给了我一个良好的学习环境。感谢田桂林同学六年多的陪伴，因为有你，才有我一直

4、走下去的勇气，望以后的岁月里：执子之手，与子偕老！感谢我的父母、我的弟弟妹妹一直默默无闻的支持，我将用我的一生去回报，去感恩！最后，感谢各位评审老师在百忙中对本论文的审阅和指导！摘要绿色、节能、环保已成为当今时代的主题，中压大功率多电平整流器因其具有输出电流正弦、谐波含量低、能量可双向流动等优点而得到广泛应用。中压大功率系统中，器件的开关损耗不可忽视，因此需降低开关器件的开关频率以达到节能的目的，但随之会导致控制系统的性能下降。本文以二极管箝位型三电平整流器为研究对象，根据开关频率降低对控制系统的影响对其进行数学建模及新型电流调节器的设计和研究。对三电平

5、整流器的数学模型进行研究，基于开关函数推导出三相静止坐标系a-b-c及两相旋转坐标系d-q下的常规数学模型，并利用复矢量分析法建立了低开关频率下的复矢量数学模型。传统PI及带前馈解耦的PI电流调节器解耦性不能满足开关频率降低时的要求，为实现解耦要求设计了复矢量电流调节器；基于现代控制理论及仿真对PI电流调节器与复矢量电流调节器的性能进行比较，证明了复矢量调节器在低开关频率下具有较好的解耦性、动稳态性、鲁棒性，然后对复矢量电流调节器在低开关频率下的控制性能进行了实验验证。为提高低开关频率下电流的动态性能，研究了一种模型预测控制(modelpredictiv

6、econtrol，MPC)方法，将电流控制、中点电位控制及开关频率控制作为目标函数，利用滚动优化方式实现三电平整流器控制系统的最优控制；为减少循环滚动的次数，简化控制算法，利用参考矢量分解方法将三电平降阶为两电平。同时，为降低网侧电流的低次谐波以达到并网国家标准，采用MPC与滑动傅里叶(slidingdiscretefouriertransform，sDFT)相结合的控制方式，利用sDFT将提取的基波及各次谐波量与其他控制目标结合作为目标函数，再通过滚动优化后得到满足要求的控制性能，最终通过仿真及实验验证了控制方法的有效性。针对非理想电网情况，建立了电网

7、不平衡下的三电平整流器数学模型，介绍了三种正、负序分离方法，研究了一种基于模型预测控制的电网不平衡控制方法，以网侧电流对称、中点电位平衡及开关频率降低为控制目标，经滚动优化实现非理想电网情况下的三电平整流器控制，通过仿真验证了该方法的有效性和可行性。关键词：三电平整流器；低开关频率；复矢量电流调节器；模型预测控制；非理想电网IAbstractGreen,energysaving,environmentalprotectionhavebecomethethemeofourtimes.Mediumvoltagehigh-powermulti-levelrec

8、tifiersarewidelyusedbecauseofitssinusoid