四象限級(jí)聯(lián)型多電平高壓大功率逆變器控制系統(tǒng)研究.pdf

1、四象限級(jí)聯(lián)型多電平逆變器采用電壓型PWM整流器取代傳統(tǒng)級(jí)聯(lián)型多電平逆變器中的二極管整流器，從而能夠?qū)崿F(xiàn)能量的雙向流動(dòng)，克服傳統(tǒng)級(jí)聯(lián)型多電平逆變器不能再生運(yùn)行的局限性，擴(kuò)展級(jí)聯(lián)型多電平逆變器的應(yīng)用范圍。它通過(guò)多個(gè)功率單元的串聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)高壓輸出，每個(gè)功率單元由網(wǎng)側(cè)電壓型PWM整流器、直流電容和電機(jī)側(cè)H橋逆變器組成。每個(gè)網(wǎng)側(cè)電壓型PWM整流器需要單獨(dú)控制，所有的H橋逆變器能夠統(tǒng)一調(diào)制。四象限級(jí)聯(lián)型多電平逆變器主要應(yīng)用于高壓大功率交流電機(jī)變頻調(diào)速

2、領(lǐng)域。
　　 本文針對(duì)四象限級(jí)聯(lián)型多電平逆變器，從網(wǎng)側(cè)電壓型PWM整流器的控制、電機(jī)側(cè)H橋逆變器的調(diào)制和級(jí)聯(lián)型多電平逆變器在高壓大功率交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用等三個(gè)方面展開(kāi)研究，通過(guò)仿真分析驗(yàn)證了所提的所有控制策略和調(diào)制方法的有效性，取得的研究成果主要包括以下幾個(gè)方面。
　　 (1)網(wǎng)側(cè)電壓型PWM整流器的非線性控制策略。
　　 針對(duì)三相電壓型PWM整流器，提出了2種非線性控制策略。在第1種控制策略中，電流內(nèi)環(huán)采

3、用滑模控制，根據(jù)趨近律算法設(shè)計(jì)滑?？刂破鳎岣吡讼到y(tǒng)對(duì)參數(shù)擾動(dòng)的魯棒性，具有設(shè)計(jì)過(guò)程簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。電壓外環(huán)采用負(fù)載電流前饋控制和輸出直流電壓反饋控制相結(jié)合的方法，既充分發(fā)揮了前饋控制作用及時(shí)的優(yōu)點(diǎn)，又保持了反饋控制能克服多個(gè)擾動(dòng)和具有對(duì)被調(diào)量實(shí)現(xiàn)反饋檢驗(yàn)的長(zhǎng)處。在第2種控制策略中，采用自抗擾控制技術(shù)設(shè)計(jì)了電壓和電流控制器，控制系統(tǒng)對(duì)負(fù)載擾動(dòng)和參數(shù)擾動(dòng)具有很強(qiáng)的魯棒性。
　　 (2)電機(jī)側(cè)H橋逆變器的PWM方法。
　

4、　 將空間矢量控制技術(shù)分別應(yīng)用到采用5電平H橋逆變器的級(jí)聯(lián)型多電平逆變器和非對(duì)稱(chēng)級(jí)聯(lián)型多電平逆變器的調(diào)制中，這種調(diào)制方式能夠使級(jí)聯(lián)型多電平逆變器以較低的開(kāi)關(guān)頻率輸出接近正弦波的電壓且只有很低的共模電壓，從而有效地降低了開(kāi)關(guān)損耗，提高了轉(zhuǎn)換效率。
　　 (3)級(jí)聯(lián)型多電平逆變器在異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用。
　　 提出了一種級(jí)聯(lián)型多電平逆變器供電的異步電機(jī)矢量控制方案，該方案采用自抗擾控制技術(shù)設(shè)計(jì)速度控制器，利用載波移相脈

5、寬調(diào)制方法生成級(jí)聯(lián)型多電平逆變器的開(kāi)關(guān)信號(hào)，通過(guò)自適應(yīng)觀測(cè)器來(lái)觀測(cè)轉(zhuǎn)子磁鏈。仿真結(jié)果表明，系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能。
　　 提出了一種級(jí)聯(lián)型多電平逆變器供電的異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方案，該方案采用圓形磁鏈軌跡的直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)得到參考電壓矢量，利用載波移相脈寬調(diào)制技術(shù)生成級(jí)聯(lián)型多電平逆變器的開(kāi)關(guān)信號(hào)，通過(guò)自適應(yīng)觀測(cè)器來(lái)觀測(cè)定子磁鏈。仿真結(jié)果表明，在整個(gè)速度范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)都比較小。
　　 (4)級(jí)聯(lián)型多電平逆變器在永

6、磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用。
　　 提出了一種永磁同步電機(jī)矢量控制方案，該方案通過(guò)滑?？刂萍夹g(shù)和自抗擾控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)的高性能控制，永磁同步電機(jī)既可以采用兩電平逆變器供電，也可以采用級(jí)聯(lián)型多電平逆變器供電。仿真結(jié)果表明，系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能。
　　 提出了一種永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方案。在該方案中，設(shè)計(jì)了一種自適應(yīng)定子磁鏈觀測(cè)器，該觀測(cè)器能快速準(zhǔn)確地估計(jì)定子磁鏈和定子電阻；采用自抗擾控制技術(shù)設(shè)計(jì)了速度

7、控制器，該控制器能對(duì)負(fù)載擾動(dòng)進(jìn)行估計(jì)和補(bǔ)償；采用了基于負(fù)載角控制的直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)得到參考電壓矢量，利用載波移相脈寬調(diào)制技術(shù)生成級(jí)聯(lián)型多電平逆變器的開(kāi)關(guān)信號(hào)。仿真結(jié)果表明，在整個(gè)速度范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)都比較小。
　　 (5)中點(diǎn)箝位式三電平逆變器的空間矢量脈寬調(diào)制。
　　 提出了一種具有中點(diǎn)電位平衡控制的中點(diǎn)箝位式三電平逆變器空間矢量PWM方法，該方法只需檢測(cè)中點(diǎn)電流方向和電容電壓，通過(guò)調(diào)整冗余小電壓矢量對(duì)的作用時(shí)間來(lái)控