雙三電平PWM變頻器低開關頻率關鍵技術研究.pdf

1、中壓大功率變頻器的環(huán)保節(jié)能主要體現(xiàn)為對負載及電網(wǎng)的諧波污染小,能量變換效率高。當功率器件工作電壓升高、功率增大,其開關損耗大幅增加,且成為變頻裝置主要損耗來源。為降低開關損耗,需降低功率器件開關頻率(≤500Hz),但會對變頻器控制系統(tǒng)、調制算法等造成影響。本文以二極管鉗位型雙三電平大功率PWM變頻器為例,對其展開在低開關頻率下的系統(tǒng)建模、調制算法及控制系統(tǒng)設計等方面的研究。
　　對低開關頻率下的三電平PWM電壓源型整流器進行復矢

2、量建模,理論分析低開關頻率影響整流器性能的本質原因;設計復矢量電流調節(jié)器,基于現(xiàn)代控制理論工具驗證其穩(wěn)定性及有效性。首次對三電平PWM環(huán)節(jié)輸出諧波進行二重傅里葉解析分析,為改善低開關頻率下PWM環(huán)節(jié)的輸出性能提供理論基礎;在此基礎上研究將不對稱規(guī)則采樣與空間矢量脈寬調制相結合的不對稱空間矢量脈寬調制算法(asymmetric space vector modulation, ASVM)及其改進方案。
　　為使低開關頻率下的并網(wǎng)電流

3、滿足入網(wǎng)標準,研究一種模型預測控制(model predictive control, MPC)與滑動傅里葉(sliding discrete fourier transform, sDFT)相結合的三電平PWM脈沖模式。首先,采用sDFT提取網(wǎng)側電流的基波和各諧波幅值,并將其作為MPC目標函數(shù)的一部分,同時考慮盡量降低開關頻率和減少中點電位偏差;然后通過滾動時域優(yōu)化實現(xiàn)諧波降低、器件開關頻率較低和中點電位平衡。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,但能實現(xiàn)在線動態(tài)調節(jié)。為進一步簡化算法,基于參考坐標系將三電平矢量調制降階至兩電平,更易于數(shù)字實現(xiàn)。
　　考慮三電平逆變器帶電勵磁同步電機負載,首先為簡化凸極電勵磁同步電機模型、考慮轉子不對稱性,提出基于復矢量與矩陣相結合的復矩陣建模方法。針對低開關頻率造成的電機定子側電流諧波成分大,常規(guī)濾波器在提取基波分量易造成相位滯后、幅值衰減等問題

5、,從經典控制理論入手、結合電機復矩陣模型,提出電機電流內環(huán)的基波觀測器及復矢量調節(jié)的控制策略,實現(xiàn)低開關頻率下定子電流磁化分量與轉矩分量的有效控制。
　　本文針對低開關頻率下的分段調制方法,首次根據(jù)PWM諧波輸出的二重傅里葉解析結果推導其分段調制分界點。針對常規(guī)同步對稱優(yōu)化PWM算法只能離線計算、動態(tài)性能不佳的缺陷,將滾動時域優(yōu)化與SHEPWM相結合的模型預測控制優(yōu)化PWM脈沖模式移植至電勵磁同步電機。在研究SHEPWM穩(wěn)態(tài)開關角

6、規(guī)律基礎上,以定子磁鏈為跟蹤目標,將磁鏈跟蹤誤差轉化為滾動時域內的伏-秒值以實現(xiàn)對開關角的動態(tài)調整,解決優(yōu)化PWM算法在動態(tài)調用時可能會引起的開關角錯亂、裝置過流以致無法正常運行等問題。
　　為進一步提高雙三電平PWM變頻器系統(tǒng)運行性能,針對低調制度區(qū)采用的SVPWM調制算法,研究一種基于橋臂優(yōu)化選取的中點電位控制方法,只需判斷中點電位差、無需引入輸出側電流,從而避免低開關頻率下電流畸變嚴重對中點電流極性判斷的影響。針對非理想電網(wǎng)