三电平NPC逆变器ZVT-PWM软开关技术研究

作     者：向桂成 

作者单位：北京交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张晓冬

授予年度：2019年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：三电平逆变器 NPC逆变器 零电压转换 零电压开关 软开关 SVPWM 

摘      要：两电平逆变器结构简单,使用功率器件少,在低压及小功率场合应用广泛。但在光伏逆变系统应用中,直流母线电压较高,对逆变器性能要求严格,两电平逆变器结构逐渐被二电平逆变器结构所代替。三电平中点钳位型(Neutral Point Clamped,NPC)逆变器输出电压质量较高,开关管电压应力小,产生电磁噪声低,在中高压电机驱动、微电网建设、光伏并网及各种逆变电源系统等方面具有非常广泛的应用前景,也是光伏发电系统发展的主要方向之一。三电平NPC逆变器工作时,桥臂内侧开关管几乎没有开关损耗,但桥臂外侧开关管开关损耗和钳位二极管反向恢复损耗较高。针对此问题,本文提出一种用于三电平NPC逆变器的零电压转换(Zero Voltage Transition,ZVT)PWM软开关技术,所提方案电路控制方法简单,适用于空间矢量脉宽调制(SVPWM)等调制方法,每相只需额外增加两个辅助开关管,实现了主开关管的零电压开通与钳位二极管的自然关断,同时降低了主开关管的关断损耗。本文深入分析了SVPWM调制方法与ZVT-PWM软开关三电平NPC逆变器的换流过程,计算给出了软开关谐振电路参数的设计方法,并通过PLECS仿真对逆变器的开关损耗和换流过程进行了模拟与验证。最后,搭建了一台1kW的三电平NPC逆变器实验平台,样机采用SVPWM调制方法。实验对比了硬开关运行状态与软开关运行状态,结果验证了所提软开关策略能适用于SVPWM等调制方法,并且相对于硬开关运行提高了逆变器工作效率。