江蘇大學(xué)現(xiàn)代驅(qū)動(dòng)技術(shù)論文-多電平逆變器的工作原理和控制、仿真-文庫(kù)吧
2025-05-17 17:33 本頁(yè)面
【正文】 情況下，電壓調(diào)制比可提高到 ，雖然每相輸出存在 3 次諧波，但是由于多電平逆變器均用于高壓大功率三相系統(tǒng)，三相輸出中三次諧波互相抵消。多電平高頻 S P W M 的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，負(fù)載電壓的等效開(kāi)關(guān)頻率是每個(gè)單元開(kāi)關(guān)頻率的 ke 倍，因此在不提高開(kāi)關(guān)頻率的 條件下，可大大減小輸出諧波。設(shè)三角載波的開(kāi)關(guān)頻率是正弦調(diào)制波頻率的 kc 倍，則一個(gè)三角載波周期所占的電角度為 θ c = 2 /kc，對(duì)于一個(gè) Nc 模塊的級(jí)聯(lián)型多電平逆變器，相鄰三角載波之間的相移為 θ sh =θ c/Nc =2 /Nckc，相應(yīng)的輸出 SPWM波的等效頻率調(diào)制比為 ke = Nckc。由此可見(jiàn)。 ke 還決定于它的載波信號(hào)頻率，這一優(yōu)點(diǎn)可使每個(gè)單元的開(kāi)關(guān)頻率降低，因而降低了開(kāi)關(guān)損耗，而且特別適合應(yīng)用于高壓大功率器件的場(chǎng)合。如果將上述移相控制和 3 次諧波注入法結(jié)合起來(lái)，可使級(jí)聯(lián)型多電平逆變器兼有兩者各自的 的優(yōu)點(diǎn)。 空間矢量高頻 PWM 調(diào)制 空間矢量調(diào)制（ S V M ）技術(shù)可以很容易地?cái)U(kuò)展到所有的多電平逆變器。圖 4 示出了傳統(tǒng)的兩電平、三電平和五電平逆變器的空間矢量。不管是什么形式的多電平逆變器，這些矢量圖是通用的。換句話說(shuō)，圖 4（ c ）對(duì)于五電平二極管箝位式、電容器箝位式或級(jí)聯(lián)式逆變器均是合適的。通過(guò)計(jì)算每一個(gè)矢量的占空比（ Tj， Tj+1 和 Tj+2）即可以將三個(gè)相鄰的矢量合成為一個(gè)希望的電壓矢量 V*＝ ( TjVj＋ Tj+1Vj+1＋ Tj+2 Vj+2)/T ?????（ 1）空間矢量 PWM 方式通常具有下述特點(diǎn)：充分利用直流側(cè)電壓，電流紋波小，應(yīng)用數(shù)字信號(hào)處理器（ DSP）使硬件實(shí)現(xiàn)起來(lái)相對(duì)比較容易。這些特點(diǎn)使它十分適合應(yīng)用于高壓大功率場(chǎng)合。但是，當(dāng)電平數(shù)增加時(shí)，過(guò)多的開(kāi)關(guān)狀態(tài)和選擇開(kāi)關(guān)狀態(tài)的復(fù)雜性隨之加大。文獻(xiàn)將五電平空間矢量圖分解為 2 個(gè)三電平空間矢量圖，運(yùn)用相位偏移減小紋波和簡(jiǎn)化控制。 6 選擇性諧波消除法 圖 5示出一個(gè)由（ 2m+1）階電平逆變器合成的、通用的四分之一波對(duì)稱(chēng)階梯電壓波形，其中 m 是開(kāi)關(guān)角的數(shù)目。通過(guò)對(duì)其進(jìn)行傅立葉分析，這個(gè)階梯波形的第 n 次奇次諧波的幅值可用式（ 2） 來(lái)表示，而所有的偶次諧波均為 0 ?????????（ 2） 式中： Vk —— 第 k 階直流電壓電平， n —— 奇次諧波的次數(shù)， m —— 開(kāi)關(guān)角的數(shù)目， α k —— 第 k 個(gè)開(kāi)關(guān)角。根據(jù)圖 5， α 1~ α m 必須滿足： α 1α 2... α m π /2?！? 為了使諧波畸變最小，并且達(dá)到基波分量幅度可調(diào)的目的， m1 次以下的諧波分量均可從電壓波形中消除掉。通常，通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇不同電平逆變器中的開(kāi)關(guān)角，就可以消除掉影響最顯著的低頻諧波，而高頻諧波分量則可以通過(guò)附加的濾波電路很容易地濾除。根據(jù)式（ 2），要使需消除的諧波 保持一個(gè)固定的水平，所有的開(kāi)關(guān)角均必須小于 π /2。然而，若開(kāi)關(guān)角不滿足這個(gè)條件，則這種方案就不能用。因此，這種調(diào)制策略只提供了一個(gè)比較窄的 7 調(diào)制因數(shù)范圍，這是它的主要缺點(diǎn)。例如，在一個(gè)七電平等階梯波形中，它的調(diào)制因數(shù)只在~ 范圍內(nèi)是可用的。當(dāng)調(diào)制因數(shù)低于 時(shí)，若仍采用這種方案，允許消除的諧波分量將從 2減少為 1 ，總的諧波畸變（ THD）也相應(yīng)增加。為了使合成波形有一個(gè)最小 THD 和寬的調(diào)制因數(shù)范圍，文獻(xiàn)提出了一種通用的選擇諧波調(diào)制方案。這種方法可用圖 6 加以說(shuō)明。它示出了用不同的調(diào)制因數(shù)水 平的七電平階梯波形的正半周波形。在這種情況下，調(diào)制因數(shù)分為高、中、低 3 級(jí)。高調(diào)制因數(shù)的輸出波形如圖 6（ a）所示，當(dāng) α k 大于π /2 時(shí)，這個(gè)波形就不再存在了，而要用圖 6（ b）所示的中調(diào)制因數(shù)的輸出波形來(lái)代替。當(dāng)圖 6（ b）中的開(kāi)關(guān)角 α 1 到 α 3在低調(diào)制因數(shù)水平不能收斂時(shí)，就要用圖 6（ c）所示的電壓波形來(lái)代替。通常，一個(gè)含有 m 個(gè)開(kāi)關(guān)角的階梯波可以被分成 m 級(jí)調(diào)制因數(shù)。通過(guò)應(yīng)用這種技術(shù)，就可得到低開(kāi)關(guān)頻率、諧波含量最少、調(diào)制因數(shù)范圍寬的輸出電壓波形。 通過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算和對(duì)圖 6（ a）到圖 6（ c）的觀察，可以得出 一個(gè)多電平階梯電壓的通用諧波表達(dá)式［ 7］ ???????????（ 3） 式中：正號(hào)表示上升沿，負(fù)號(hào)表示下降沿。 低開(kāi)關(guān)頻率空間矢量控制基于空間矢量理論 文獻(xiàn)介紹了一個(gè)不同概念的多電平逆變器控制方式。這種控制策略，稱(chēng)為空間矢量控 8 制（ SVC），它工作于低的開(kāi)關(guān)頻率，并且在每一個(gè)開(kāi)關(guān)期間不會(huì)產(chǎn)生預(yù)期負(fù)載電壓的平均值，這和空間矢量調(diào)制（ S V M）的原理是一樣的。圖 7 示出了一個(gè)十一電平逆變器產(chǎn)生的311 個(gè)不同的空間矢量，其中也包含了參考負(fù)載電壓矢量 Vref?？臻g矢量控制的主要思想是傳送給負(fù)載一個(gè)電壓 矢量，這個(gè)矢量可使空間誤差或與參考矢量 Vref 的距離最小。十一電平逆變器產(chǎn)生的高密度的矢量（圖 7）與參考矢量的偏差很小，因此就沒(méi)有必要再應(yīng)用對(duì)參考矢量鄰近的 3 個(gè)矢量進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算的更復(fù)雜的調(diào)制方案。圖 7 中帶陰影的六角形表示最大接近度的邊界，意為當(dāng)參考
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