雙三電平PWM變頻器低開(kāi)關(guān)頻率關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、中壓大功率變頻器的環(huán)保節(jié)能主要體現(xiàn)為對(duì)負(fù)載及電網(wǎng)的諧波污染小,能量變換效率高。當(dāng)功率器件工作電壓升高、功率增大,其開(kāi)關(guān)損耗大幅增加,且成為變頻裝置主要損耗來(lái)源。為降低開(kāi)關(guān)損耗,需降低功率器件開(kāi)關(guān)頻率(≤500Hz),但會(huì)對(duì)變頻器控制系統(tǒng)、調(diào)制算法等造成影響。本文以二極管鉗位型雙三電平大功率PWM變頻器為例,對(duì)其展開(kāi)在低開(kāi)關(guān)頻率下的系統(tǒng)建模、調(diào)制算法及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面的研究。
　　對(duì)低開(kāi)關(guān)頻率下的三電平PWM電壓源型整流器進(jìn)行復(fù)矢

2、量建模,理論分析低開(kāi)關(guān)頻率影響整流器性能的本質(zhì)原因;設(shè)計(jì)復(fù)矢量電流調(diào)節(jié)器,基于現(xiàn)代控制理論工具驗(yàn)證其穩(wěn)定性及有效性。首次對(duì)三電平PWM環(huán)節(jié)輸出諧波進(jìn)行二重傅里葉解析分析,為改善低開(kāi)關(guān)頻率下PWM環(huán)節(jié)的輸出性能提供理論基礎(chǔ);在此基礎(chǔ)上研究將不對(duì)稱規(guī)則采樣與空間矢量脈寬調(diào)制相結(jié)合的不對(duì)稱空間矢量脈寬調(diào)制算法(asymmetric space vector modulation, ASVM)及其改進(jìn)方案。
　　為使低開(kāi)關(guān)頻率下的并網(wǎng)電流

3、滿足入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn),研究一種模型預(yù)測(cè)控制(model predictive control, MPC)與滑動(dòng)傅里葉(sliding discrete fourier transform, sDFT)相結(jié)合的三電平PWM脈沖模式。首先,采用sDFT提取網(wǎng)側(cè)電流的基波和各諧波幅值,并將其作為MPC目標(biāo)函數(shù)的一部分,同時(shí)考慮盡量降低開(kāi)關(guān)頻率和減少中點(diǎn)電位偏差;然后通過(guò)滾動(dòng)時(shí)域優(yōu)化實(shí)現(xiàn)諧波降低、器件開(kāi)關(guān)頻率較低和中點(diǎn)電位平衡。該脈沖模式控制方式具有類

4、似特定諧波消除(selective harmonic elimination, SHE)特性,但能實(shí)現(xiàn)在線動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。為進(jìn)一步簡(jiǎn)化算法,基于參考坐標(biāo)系將三電平矢量調(diào)制降階至兩電平,更易于數(shù)字實(shí)現(xiàn)。
　　考慮三電平逆變器帶電勵(lì)磁同步電機(jī)負(fù)載,首先為簡(jiǎn)化凸極電勵(lì)磁同步電機(jī)模型、考慮轉(zhuǎn)子不對(duì)稱性,提出基于復(fù)矢量與矩陣相結(jié)合的復(fù)矩陣建模方法。針對(duì)低開(kāi)關(guān)頻率造成的電機(jī)定子側(cè)電流諧波成分大,常規(guī)濾波器在提取基波分量易造成相位滯后、幅值衰減等問(wèn)題

5、,從經(jīng)典控制理論入手、結(jié)合電機(jī)復(fù)矩陣模型,提出電機(jī)電流內(nèi)環(huán)的基波觀測(cè)器及復(fù)矢量調(diào)節(jié)的控制策略,實(shí)現(xiàn)低開(kāi)關(guān)頻率下定子電流磁化分量與轉(zhuǎn)矩分量的有效控制。
　　本文針對(duì)低開(kāi)關(guān)頻率下的分段調(diào)制方法,首次根據(jù)PWM諧波輸出的二重傅里葉解析結(jié)果推導(dǎo)其分段調(diào)制分界點(diǎn)。針對(duì)常規(guī)同步對(duì)稱優(yōu)化PWM算法只能離線計(jì)算、動(dòng)態(tài)性能不佳的缺陷,將滾動(dòng)時(shí)域優(yōu)化與SHEPWM相結(jié)合的模型預(yù)測(cè)控制優(yōu)化PWM脈沖模式移植至電勵(lì)磁同步電機(jī)。在研究SHEPWM穩(wěn)態(tài)開(kāi)關(guān)角

6、規(guī)律基礎(chǔ)上,以定子磁鏈為跟蹤目標(biāo),將磁鏈跟蹤誤差轉(zhuǎn)化為滾動(dòng)時(shí)域內(nèi)的伏-秒值以實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)角的動(dòng)態(tài)調(diào)整,解決優(yōu)化PWM算法在動(dòng)態(tài)調(diào)用時(shí)可能會(huì)引起的開(kāi)關(guān)角錯(cuò)亂、裝置過(guò)流以致無(wú)法正常運(yùn)行等問(wèn)題。
　　為進(jìn)一步提高雙三電平PWM變頻器系統(tǒng)運(yùn)行性能,針對(duì)低調(diào)制度區(qū)采用的SVPWM調(diào)制算法,研究一種基于橋臂優(yōu)化選取的中點(diǎn)電位控制方法,只需判斷中點(diǎn)電位差、無(wú)需引入輸出側(cè)電流,從而避免低開(kāi)關(guān)頻率下電流畸變嚴(yán)重對(duì)中點(diǎn)電流極性判斷的影響。針對(duì)非理想電網(wǎng)