四象限級聯(lián)型多電平逆變器拓撲及控制策略的研究.pdf

1、級聯(lián)型多電平逆變器因其具有以低壓方式解決高壓電機驅動問題且易于擴展電壓等級的特點，同時具有運行特性優(yōu)良、節(jié)能效果顯著等優(yōu)點使其在高壓電機變頻調(diào)速領域得到了越來越廣泛的應用。在高壓變頻驅動技術的發(fā)展過程中，由于受相關學科和自身技術發(fā)展等因素的限制，目前的級聯(lián)型多電平逆變器均采用二極管不控整流橋，能量只能單向傳遞，無法應用于需四象限運行的變負荷拖動系統(tǒng)中，限制了該類逆變器的應用；另一方面，導致電網(wǎng)電流諧波污染嚴重。因此，開展新型高壓電機變頻

2、驅動技術的研究，解決傳統(tǒng)技術存在的問題，具有較大的理論意義和實用價值。
　　本文主要針對上述問題提出一種新型能量自動雙向傳遞的級聯(lián)型多電平逆變器拓撲，以解決高壓電機系統(tǒng)的四象限運行問題，擴展級聯(lián)型逆變器的應用領域。針對所提出的拓撲結構，論文重點研究了相應的控制策略。并對級聯(lián)型逆變器的多電平PWM技術進行了深入研究。
　　首先分析了交流電機再生能量的產(chǎn)生機理以及傳統(tǒng)級聯(lián)型逆變器處于再生發(fā)電狀態(tài)的運行特性，揭示了其性能上的缺陷。

3、在此基礎上，將電壓型PWM整流器與級聯(lián)型逆變器相結合，提出一種新的四象限級聯(lián)型多電平逆變器拓撲。論文通過推導四象限功率單元的數(shù)學模型，進而建立了N單元四象限級聯(lián)型逆變器的數(shù)學模型，為其控制策略的研究提供理論依據(jù)。通過分析四象限級聯(lián)型逆變器能量逆?zhèn)鬟f的過程，得出各個功率單元對再生能量的分配具有同時性和均衡性的結論；同時確定了采用隔離變壓器副邊電壓作為定向矢量的控制策略，以使系統(tǒng)實現(xiàn)較高效率運行。
　　深入研究了基于級聯(lián)型逆變器的新型

4、多電平PWM技術。為了解決載波移相SPWM技術以及錯時采樣SVPWM技術存在的問題，提出一種可顯著降低算法復雜度的新型單元矢量延時疊加多電平SVPWM（OTS-SVPWM）技術。論文詳盡闡述了OTS-SVPWM技術的調(diào)制原理，推導了幅值損失率與采樣周期的關系。通過選取適當?shù)牟蓸又芷谥?，該新型PWM技術實現(xiàn)了與錯時采樣SVPWM技術等效的多電平PWM波形輸出，并具有采樣頻率不隨級聯(lián)單元數(shù)量的變化而變化的優(yōu)點。
　　研究了基于電壓定向

5、矢量控制策略的四象限級聯(lián)型逆變器的運行特性，仿真結果證明了所提出拓撲的正確性。在論文的研究中，為了更好地對所提出的新型四象限級聯(lián)型多電平逆變器進行控制，以獲得良好的運行特性，提出了基于改進虛擬磁鏈觀測器的直接功率控制策略。通過采用帶飽和限幅反饋環(huán)節(jié)的積分器，解決了傳統(tǒng)觀測方法存在的初始值選取等問題。在此基礎上，提出了無交流電壓傳感器的四象限級聯(lián)型逆變器的電路結構，對其運行特性進行了深入研究。結果表明，在無需檢測交流輸入電壓的前提下，仍然