基于CPS-PWM的多電平逆變器數(shù)字化控制技術研究.pdf

1、隨著電力電子開關器件和高速微控制器的不斷發(fā)展，電力電子技術在大功率場合的應用越來越廣泛，人們對大功率變流裝置拓撲結構與控制策略方面的研究也愈發(fā)深入。為解決開關器件的功率處理能力和開關頻率之間的固有矛盾，CPS-PWM(載波相移脈沖寬度調(diào)制)作為一種新型多電平調(diào)制策略應運而生。
　　傳統(tǒng)的CPS-PWM技術雖然擁有著良好的諧波特性，但其存在直流電壓利用率較低的缺點。針對這一問題，本文提出了載波相移THI-PWM(三次諧波注入脈沖寬度

2、調(diào)制)與CPS-TPWM(載波相移梯形波脈沖寬度調(diào)制)兩種改進型調(diào)制策略。同時，為了提高多電平逆變器控制系統(tǒng)的實時性和精確度，本文在CPS-PWM調(diào)制策略的數(shù)字化實現(xiàn)方面進行了大量研究。
　　主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面：
　　(1)在分析多電平逆變器常見拓撲結構與調(diào)制策略的基礎上，對級聯(lián)H橋型多電平逆變器與CPS-SPWM(載波相移正弦波調(diào)制)策略的工作原理行了探究。從數(shù)學角度出發(fā)通過雙重傅里葉變換推導了CPS-PWM調(diào)制

3、策略通過抵消較低次開關諧波提高等效開關頻率的實質(zhì)，并在Matlab/Simulink中搭建了三相五電平逆變器模型，對其輸出的多電平相、線電壓波形及諧波特性方面進行仿真研究。
　　(2)針對CPS-SPWM策略直流電壓利用率較低的缺點提出了載波相移THI-PWM與CPS-TPWM兩種改進型調(diào)制策略。引入波形系數(shù)與三角形系數(shù)的概念在諧波特性和直流電壓利用率兩方面對其進行詳細的數(shù)學分析。通過在三相九電平逆變器模型上進行的一系列對比仿真驗

4、證了理論分析的正確性，得出了CPS-TPWM調(diào)制策略綜合性能較優(yōu)的結論。
　　(3)以 DSP(數(shù)字信號處理器)+FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)為控制核心設計了級聯(lián)五電平逆變器數(shù)字控制系統(tǒng)，DSP采用不規(guī)則對稱采樣法完成采樣計算及控制，F(xiàn)PGA負責多路PWM觸發(fā)脈沖的產(chǎn)生。分別對DSP與FPGA進行了軟件設計，著重構造了載波相移發(fā)生與PWM比較輸出兩大模塊。在 QuartusII中的仿真研究結果表明，數(shù)字控制系統(tǒng)中各模塊及其子模塊順