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三电平ANPC并联交错系统控制策略研究

三电平ANPC并联交错系统控制策略研究

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作者：张为国中国矿业大学

学位级别：硕士

相比于多个逆变器并联的拓扑,交错并联拓扑具有更低的输出谐波,滤波要求更低,同时满足输出大电流的要求。本文以三相三电平ANPC交错并联逆变器为研究对象,分析了该拓扑基本原理、换流方式和器件损耗,并对其调制策略、控制方法以及中点... 详细信息

相比于多个逆变器并联的拓扑,交错并联拓扑具有更低的输出谐波,滤波要求更低,同时满足输出大电流的要求。本文以三相三电平ANPC交错并联逆变器为研究对象,分析了该拓扑基本原理、换流方式和器件损耗,并对其调制策略、控制方法以及中点电位平衡和桥臂间环流均衡等方面进行了深入研究。本文首先介绍了三相三电平ANPC交错并联系统拓扑结构,对其基本单元三电平ANPC半桥进行了换流方式和开关器件损耗分析,并进行仿真验证。分析了该拓扑桥臂间环流产生的机理,给出了桥臂间环流抑制方法。针对传统桥臂间环流抑制方法环流峰值高的问题,本文提出一种改进的SPWM算法。依据桥臂间环流抑制机理选择冗余开关状态,实现桥臂间环流的均衡,采用改进的零序电压注入SPWM算法,抑制环流峰值,并通过仿真在阻感负载及并网模式下验证了算法的有效性。针对SPWM算法在并网过程中鲁棒性差的问题,同时兼顾更好的中点电位平衡动态特性,提出了一种桥臂间环流抑制无权重因子的MPC算法。将桥臂间环流的均衡作为矢量筛选简化的条件之一,在离线条件下实现矢量的一次筛选,同时结合扇区筛选,大大降低参与滚动优化的矢量数量。通过仿真在阻感负载及并网模式下验证了算法的有效性。针对MPC算法开关频率不固定,中点电位波动和输出电流质量变差时,可能存在开关频率大幅度变化导致系统崩溃的问题,提出一种五段式的MPC算法。该算法在前文MPC算法矢量筛选简化基础上,选出最近三矢量组,进行二次筛选简化,五段式的矢量排布也简化了算法。通过仿真进行验证,该算法解决了开关频率不固定问题,并保留了并网鲁棒性高,中点电位平衡效果好的优点。在三相三电平ANPC交错并联逆变器实验平台上,对改进SPWM算法、MPC算法、MPC算法在带阻感负载情况下进行实验,验证了本文所研究算法的有效性。该论文有图95幅,表9个,参考文献90篇。

关键词：交错并联变换器中点电位桥臂间环流模型预测控制并网

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