背靠背三电平PWM变换器矢量控制系统研究

【摘要】本文针对交流异步电机驱动,对背靠背三电平脉冲宽度调制(PulseWidthModulation,PWM)变换器矢量控制系统进行研究。对三种常用的快速SVPWM算法进行分析与比较,在此基础上提出了一种计算量小、易于数字实现的任意多电平SVPWM通用算法。并将所提的通用SVPWM算法在现场可编程门阵列(FieldProgrammableGateArray,FPGA)上设计实现。针对单侧二极管中点箝位型三电平PWM变换器,提出一种新的混合SVPWM的电容中点电位平衡控制算法。根据每个扇区不同的小矢量作用,并结合电容电压偏差量及三相电流的极性来设置不同的小矢量作用时间调节因子,然后根据三相电流的变化情况使调制在常规的SVPWM和基于虚拟矢量的SVPWM之间进行切换,以实现对中点电位进行分扇区的精细控制。针对背靠背的二极管中点箝位型三电平PWM变换器电容中点电压平衡控制问题,提出一种基于双侧信号的中点电位平衡综合预测控制算法。该算法对双侧的三相电流和直流侧电容电压进行采样和预测,进而给出一个能够表征电容中点电压预期控制指标的品质函数。通过递推运算使品质函数取最小值,从而获得下一个调制周期最佳中点电压控制的冗余矢量时间分配因子。在已有的三电平PWM整流器DPC的基础上,提出了在一个开关周期内具有双非零电压矢量输出的三电平PWM整流器DPC算法。该算法通过对下一时刻的有功和无功进行预测,每次选择对有功和无功调节作用相反的两个电压矢量进行输出,并通过一个分配因子对两个电压矢量的作用时间进行分配,从而实现了对功率的精细调整。基于递推最小二乘法,对三电平变频器的电机参数静态辨识进行建模和仿真,给出了中点电位不平衡与平衡的情况下,电机参数静态辨识的仿真结果。提出一种交流异步电机电机参数动态在线辨识方法,通过在负载恒定时控制电机速度使其保持恒定来消除转子磁链耦合项对参数动态在线辨识的影响,从而能够利用递推最小二乘法对电机参数进行在线计算,以达到电机参数动态在线辨识的实时性和高精确度要求。其中电机恒定速度的保持又是基于对转子磁链和转矩电流的恒定控制来实现。提出了一种能够使系统保持固定的开关频率和采样频率且随机效果不依赖于零矢量的三电平随机SVPWM方法。通过随机调整矢量在每个三角载波的上升段和下降段的时间分配来实现随机SVPWM,并设计一种三重随机化M序列来增强其随机效果。该方法可使输出的线电压和相电流频谱在较宽的频带范围内均匀分布,在整数倍开关频率处的谐波幅值也大大降低。
【作者】范必双；
【导师】谭冠政；
【作者基本信息】中南大学，控制科学与工程，2014，博士
【关键词】三电平逆变器；双PWM变换器；空间矢量脉宽调制；中点电位平衡控制；直接功率控制；电机参数辨识；随机脉宽调制；

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