三电平NPC变流器SVPWM及其中点电位不平衡控制策略研究

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多电平变流器结构因其耐压性能好、输出波形谐波少、等效开关频率高等优势,较以往两电平结构更适用目前需求较多的高压大功率情况。其中,二极管钳位(NPC)型三电平变流器结构研究较多、应用最为普遍,故本文以此拓扑为研究对象,研究其空间矢量控制方法以及简化,并对该拓扑固有的中点电位不平衡问题及其控制策略进行探索。首先,本文总结了多电平结构起源的背景以及研究的现实意义,并阐述了其发展历史与研究现状,以三电平结构为例分析了其三种基本结构的优缺点,从而选取NPC三电平结构为研究的对象。然后对所选对象的主电路结构分析基本工作原理,引出空间矢量,并以此得出三电平空间矢量控制方法。对三电平空间矢量算法的原理、控制过程进行详细分析,针对其中计算复杂的缺点,以g-h坐标代替原本α-β坐标构建一种新的空间矢量控制方式,从而大幅度简化控制中计算量。以空间矢量控制为基础,对三电平整流器进行了双闭环控制模型建立,以达到直流电压稳定和高功率因数运行的效果,并在MATLAB中对两种方法仿真以验证结论。三电平结构难以避免其中点问题,若不加以控制会产生种种危害。基于空间矢量,本文总结了三电平矢量中不同矢量对中点电位的不同影响,以此作为控制策略的根本。在总结中点控制策略的研究现状,分析各种方法的优势缺点后,以中点电荷控制算法和虚拟矢量算法为例分析各自优缺点并仿真验证结构。为简化控制并保证足够效果,本文将基于简化三电平的扇区选择控制算法和带可变中矢量的虚拟矢量算法结合构成混合调制算法,综合两者的优缺点,在低调制度采取前者,高调制度则采取后者,从而简化控制,同时保证了在高调制度区域具有足够的控制效果。最后在MATLAB中建立仿真系统对算法正确性与可行性完成了验证。
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