三电平背靠背变流器系统的关键技术研究 R e s e a r c ho nt h eK e yI s s u e sf o rT h r e e - - l e v e l A C - DC - A Cc on v e r t e rs y s t e m 作者姓名邳童垩 学位类型堂压亟 学科、专业 电左虫王皇电左佳边 研究方向光丛发电撞盔 导师及职称毖送数援 2 0 1 1 年3 月 ，觇 | 矿 ，、；。0砖， 一一一 l l I l l lII1 11 1 1 11 1I ll ll l l l l l l l Y 18 8 6 9 6 4 合肥工业大学 本论文经答辩委员会全体委员审查，确认符合合肥工业大学 硕士学位论文质量要求。 答辩委员会签名( 工作单位、职称) 主席：屠3 扒 委? 。棚献铼枷弩柳扒q e 枷弩 始缘铆础幻营 导师： 季阮 吾仫搬 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所 知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得金妲- 王业丕堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位做储擗召溅】f 签字隗加1 1 斟月Y , o 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金壁王些太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人授权金蟹王些盔 兰L 可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文者签名召陵耳 导师签名： 潍琴 签字日期：z0 1 1 年斗月弓D 日 签字日期：2 0 1 年午月匆E t 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 电话： 邮编： 目录 第一章绪论。1 1 1 三电平背靠背变流器的研究背景1 1 2 三电平变流器拓扑的研究现状1 1 2 1 二极管箝位式三电平变流器1 1 2 2 飞跨电容式三电平变流器2 1 2 3 级联三电平变流器。3 1 2 4T 型结构三电平变流器4 1 3 三电平背靠背变流器的应用现状5 1 3 1 三电平背靠背变流器在风力发电系统中的应用5 1 3 2 三电平背靠背变流器在电动机变频调速中的应用6 1 3 3 三电平背靠背变流器在轻型直流输电系统中的应用6 1 4 三电平背靠背变流器的P W M 控制技术7 1 5 本文的主要研究内容8 第二章三电平背靠背变流器的建模1 0 2 1 三电平背靠背变流器的工作原理1 0 2 1 1 三电平背靠背变流器的基本结构l O 2 1 2 单个三电平变流器的工作原理1 1 2 1 3 三电平背靠背变流器的能量循环过程1 2 2 2 三电平背靠背变流器的建模1 3 2 2 1 三电平背靠背三相静止坐标系模型1 3 2 2 2 三电平背靠背两相旋转坐标系模型1 4 第三章控制系统设计1 7 3 1 三电平变流器l 控制系统的建模1 7 3 1 1 三电平变流器1 的内环控制1 7 3 1 2 三电平变流器1 的外环控制1 9 3 2 三电平变流器2 控制系统的建模2 l 3 3 锁相环2 2 3 3 1 锁相环的基本原理2 2 3 3 2 三相静止垂直坐标系到两相静止坐标系变换2 2 3 3 3 两相静止垂直坐标系到两相旋转坐标系变换2 3 3 3 4 锁相环的实用范围2 5 第4 章P W M 调制算法2 6 4 1 三电平变流器S P W M 控制2 6 4 1 1 同向载波S P W M 控制2 6 4 1 2 反向载波S P W M 控制2 7 4 2 三电平变流器S V P W M 控制2 8 4 2 1 三电平变流器三电平空间电压矢量的分布2 8 4 2 2 三电平空间矢量调制法的概述2 9 4 2 3 统一电压矢量调制法3 l 4 3 三电平变流器十三矢量控制3 4 4 3 1 十三矢量调制的原理3 4 4 3 2 十三矢量调制的由来3 6 第五章平衡控制研究3 9 5 1 三电平变流器中点电位不平衡的原因3 9 5 1 1 矢量对中点电位的影响3 9 5 1 2 其他因素对中点电位的影响4 1 5 2 中点电位平衡控制策略4 l 5 2 1 平衡因子法4 2 5 2 2 十三矢量调制法中点电位的平衡4 4 第六章系统设计。4 6 6 1 主电路设计一4 6 6 1 1 半导体全控型器件的设计4 6 6 1 2 输出滤波电感的设计4 6 6 1 3 直流电容的设计4 9 6 2D S P + C P L D 的控制电路5 0 6 2 1 硬件电路的构成5 0 6 2 2 程序流程设计5 2 第七章实验5 4 7 1 仿真平台介绍5 4 7 2 实验平台介绍5 6 7 3 仿真和实验5 6 7 3 1 三电平背靠背系统跟随性的验证5 6 7 3 2 十三矢量调制法的验证5 7 7 3 3 中点平衡控制的验证5 8 第八章总结和展望6 0 8 1 总结6 0 8 2 展望6 1 插图清单 图1 1 半桥结构的二极管箝位式三电平变流器2 图1 2 飞跨电容多电平逆变器主电路拓扑结构3 图1 3 级联三电平变流器拓扑图4 图l - 4T 形结构三电平变流器拓扑图4 图1 5 双馈式异步发电系统的结构示意图6 图1 - 6 电动机变频调速系统结构示意图6 图1 7 轻型直流输电系统结构示意图7 图2 1 三电平背靠背变流器主电路图1 0 图2 2 三电平变流器四象限运行等效图1 2 图2 3 三电平背靠背变流器能量循环图1 2 图3 1 三电平变流器1 电流内环控制框图l7 图3 2 三电平变流器1 电流内环d 轴的等值框图1 8 图3 3 三电平交流器1 电压外环的等值框图2 0 图3 4 三电平变流器1 双环控制框图2 0 图3 5 三电平变流器2 电流环的控制框图2 1 图3 6 三电平变流器2 双环控制框图2 2 图3 7 锁相环基本结构图2 2 图3 8 三相静止到两相垂直静止坐标系转换示意图2 3 图3 - 9 两相垂直静止到两相同步旋转坐标系转化示意图2 4 图3 1 0 两相垂直静止到两相同步旋转坐标系转化示意图2 4 图4 1 同向载波S P W M 控制的原理图2 6 图4 2 反向载波S P W M 控制的原理图2 7 图4 3 三电平变流器的空间电压图2 8 图4 4 参考电压矢量在空间矢量图中的轨迹3 0 图4 5A 1 区开关状态输出顺序一3 1 图4 6 三电平空间矢量简化图3 2 图4 7h 1 扇区参考电压矢量的修正3 2 图4 8 两电平下某一时刻的输出状态图3 4 图4 9 十三矢量调制法调制波图3 5 图4 1 0 十三矢量调制法P W M 波的生成图3 6 图4 1 1 十三矢量调制法三相调制波波形图3 6 图4 1 2 十三矢量调制法空间矢量分区图3 7 图4 13 十三矢量调制法调制波和载波示意图。3 7 图4 1 4 十三矢量调制法第4 区矢量合成图3 8 图4 1 5 十三矢量调制法第5 区矢量合成图