多电平逆变器的工作原理、控制方法以及仿真

目录第一章绪论..............................................................................................................................................11.1多电平逆变器的背景...................................................................................................................11.2多电平逆变器的研究现状............................................................................................................21.3多电平逆变器的应用....................................................................................................................3第二章多电平逆变器的种类介绍........................................................................................................62.1二极管箝位式多电平逆变器及其优缺点....................................................................................62.2电容箝位式多电平逆变器及其优缺点.......................................................................................62.3H桥级联式多电平逆变器及其优缺点.....................................................................................7第三章多电平变换器PWM调制策略................................................................................................83.1多电平变换器PWM调制策略的分类.........................................................................................83.2多电平SPWM调制策略..............................................................................................................93.2.1SPWM调制策略....................................................................................................................93.2.2载波垂直分布多电平调制策略............................................................................................93.2.3载波水平移相多电平调制策略..........................................................................................103.2.4多载波SPWM调制策略谐波分析.....................................................................................103.3多电平SVPWM调制策略.........................................................................................................463.3.1SVPWM调制策略...............................................................................................................46第四章多电平逆变器中的电压平衡技术..........................................................................................48第五章三电平中点箝位型逆变器SPWM控制策略与仿真............................................................535.1三电平NPC逆变器SPWM方法..............................................................................................535.2基于MATLAB的三电平NPC逆变器SPWM仿真................................................................545.2.1仿真系统整体框图...............................................................................................................545.2.2基于载波反向SPWM带电机负载的仿真模块................................................................545.3基于载波同向SPWM带电机负载的仿真模块........................................................................565.3.1SPWM开关信号的发生模块..............................................................................................565.3.2仿真结果与分析...................................................................................................................565.4基于注入三次谐波的SPWM带电机负载的仿真模块.............................................................575.4.1SFOPWM开关信号的发生模块.........................................................................................575.4.2仿真结果与分析...................................................................................................................585.5三电平NPC逆变器SPWM的实验结果..................................................................................585.6小结..............................................................................................................................................59第六章总结展望..................................................................................................................................601第一章绪论1.1多电平逆变器的背景电力电子技术自二十世纪50年代诞生以来,经过近半个世纪的飞速发展,至今已被广泛应用于需要电能变换的各个领域。在低压小功率的用电领域,电力电子技术的各个方面己渐趋成熟,将来研究的目标是高功率密度、高效率、高性能;而在高压大功率的工业和输配电领域,各个方面的技术正成为当今电力电子技术的研究重点。一方面,人们希望电力电子装置能够处理越来越高的电压等级和容量等级。例如,电力系统中的高压直流输电(HVDC),以静止同步补偿器(STATCOM)和有源电力滤波器(APF)等为代表的柔性交流输电技术(FACTS),以及以高压变频为代表的大电机驱动和大功率电源装置等;另一方面,为了满足输出电压谐波含量的要求,又希望这些大功率电力电子装置能工作在高开关频率下,并且尽量减少EMI问题。电力电子器件是电力电子装置的核心,在过去的几十年里,电力电子器件经历了晶闸管(SCR)、可关断晶闸管(GTO)、双极型大功率晶体管(GTR或B厂)和场控制器件(IGBT和POWERMOSFET)三个阶段。这些年来,各种新型功率器件,如工G挤,IEGT,ETO等又纷纷出现图。器件的单管容量、开关频率已经有了极大的提高,许多国外生产厂商已能提供额定值为6000V/6000A的高压大功率GTO,4500V/1200A的IGBT,4500V/400OA的IEGT以及600OV/600OA的IGCT氏6,7,,在某些应用场合,传统的两电平电压源逆变器拓扑,不能满足人们对高压、大功率的要求。并且,以现有电力电子器件的工艺水平,其功率处理能力和开关频率之间是矛盾的,往往功率越大,开关频率越低￡田。为了实现高频化和低EMI的大功率变换,在功率器件水平未有本质突破的情况下,有效的手段是从电路拓扑和控制方法上找到解决问题的方案。在过去的二十多年里,研究者们进行了大量的研究和探索,提出了多种高压大功率变换的解决思路和方法,归纳起来大致可分为以下五类:1）功率器件的串并联技术这是一种最简单和直接的方案,为了用小功率的开关器件实现大功率变换,将器件串联以承受高压,将器件并联以承受大电流,这个看似简单的方法,由于功率器件参数的离散性,需要复杂的动、静态均压电路和均流电路。均压电路会导致系统控制复杂,损耗增加;而器件均流,对于具有负温度系数的功率器件来说是一件相当困难的事情。同时,对于器件串并联,驱动电路的要求也大大提高,要求延迟时间接近,并尽量短。在关断过程中,由于恢复性能的差异,数量众多的吸收电路也是必不可少的,降低了系统的可靠性,并且这一方案对输出电压谐波改善没有任何贡献,因而应用范围受到了一定的局限。2)逆变器并联技术逆变器并联技术是将多个小容量的逆变器并联运行,并联逆变器的数目可以根据系统需要的容量来确定。这种方法的主要优点是:易于实现逆变器模块化,可以灵活扩大逆变系统的容量;易于组成N+1个并联冗余系统,提高运行的可靠性和系统的可维护性。逆变器并联技术的难点是需要从控制电路上解决电压同步、稳态和动态均流、N+1冗余与热切换三大技术。3)多重化技术为了用小容量的功率器件实现大