【摘要】：上世紀(jì)80年代，Nabae等學(xué)者提出通過改善逆變器硬件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)達到增加輸出電平數(shù)的構(gòu)想，在這一構(gòu)想的基礎(chǔ)上衍生出多種多電平逆變器結(jié)構(gòu)，與此同時，各種脈沖寬度調(diào)制技術(shù)先后提出并得到驗證，但在工程應(yīng)用中卻受到電力主開關(guān)器件開關(guān)頻率、信號處理器速度、處理能力的限制。伴隨著高性能信號處理器工藝和運算處理技術(shù)的日趨成熟，多電平逆變器的優(yōu)點凸顯并在電力有源濾波系統(tǒng)、靜止同步補償器、中、高壓大功率變頻調(diào)速、交流柔性供電系統(tǒng)中得到了廣泛的關(guān)注并成為研究的熱點，高性能逆變器的應(yīng)用真正成為現(xiàn)實。 本文以二極管鉗位式多電平逆變器作為研究對象，對其工作原理、控制要求進行了詳細(xì)的論述，在此基礎(chǔ)上引出多電平逆變器的固有問題——中點電位不平衡，綜合分析了硬件、軟件控制方法在抑制中點電位不平衡中的利弊，提出了本文的控制策略——SVPWM，文章還對三電平逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進行了等效簡化，根據(jù)等效簡化的電路進行了時域和頻域的模型研究，推導(dǎo)出二極管鉗位式三電平逆變器的高頻數(shù)學(xué)模型；在此基礎(chǔ)上，對SVPWM算法進行數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)，與數(shù)學(xué)模型相對應(yīng)搭建了SIMULINK仿真模型，進行了仿真與結(jié)果分析，對比介紹了中點電位不平衡和平衡狀態(tài)下的波形，仿真結(jié)果證明基于查找表的優(yōu)化SVPWM算法是可行的，，該算法以首發(fā)矢量為正短矢量與七段式對稱開關(guān)狀態(tài)相結(jié)合，具有諧波分量小，轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)、改善了輸出電壓的波形、易于數(shù)字化控制等優(yōu)點； 其次，設(shè)計了基于FPGA的三電平逆變器硬件電路系統(tǒng)，給出了系統(tǒng)完整的硬件電路設(shè)計并對各部分的原理進行了論述；利用硬件描述語言在Quartus II+Modelsim進行了軟件部分的設(shè)計，在QUARTUS II可編程邏輯軟件平臺上進行了邏輯布線與綜合，按照自頂向下的設(shè)計方法設(shè)計了SVPWM信號發(fā)生器IP核，該IP核分為電壓矢量作用時間計算模塊、死區(qū)延遲模塊、信號發(fā)生模塊等多個模塊，最后將程序下載到FPGA實驗開發(fā)板上，對SVPWM信號發(fā)生器的IP核進行試驗驗證，驗證結(jié)果表明該算法實時性好、可靠性高，滿足了系統(tǒng)對算法設(shè)計的要求。 總之，通過對二極管鉗位式三電平逆變器數(shù)學(xué)模型的研究、硬件系統(tǒng)的搭建、軟件部分的仿真結(jié)果表明，本文所設(shè)計的SVPWM三電平逆變系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)逆變輸出電壓波形接近正弦波，諧波含量少、中點電壓平衡度得到明顯改善等技術(shù)優(yōu)點，改進后可滿足一般工業(yè)場合對直流轉(zhuǎn)換為交流的需求，具有技術(shù)先進、調(diào)制策略數(shù)字化控制、降低系統(tǒng)損耗、實時性控制較好的得到實現(xiàn)等優(yōu)點，具有很大的應(yīng)用價值和廣闊的市場前景。
【學(xué)位授予單位】：濟南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM464

【參考文獻】

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本文編號：2680217