三电平逆变器异步电机直接转矩控制的研究.pdf

上海大学
博士学位论文
三电平逆变器异步电机直接转矩控制的研究
姓名：宋文祥
申请学位级别：博士
专业：电力电子与电力传动
指导教师：陈国呈
20060501
摘要基于多电平变换器的高压大容量交流调速技术是当今电力电子与电力传动领域的研究热点之一。本文对二极管箝位型三电平逆变器的空间电压矢量调制技术进行了全面研究，并以异步电机为负载研究和探讨了异步电机直接转矩控制及其无速度传感器控制技术，建立起一套三电平逆变器实验平台，进行了大量的实验研究。本文绪论部分针对国内外高压大容量多电平变换技术和交流传动控制技术作了简要综述，着重分析了多电平拓扑结构的发展和研究现状，讨论了交流调速的发展和直接转矩控制技术的特点，指出本文选题的目的和意义。论文详细论述了三电平逆变器空间电压矢量调制的工作原理和实现方法，提出了首发矢量全部采用正小矢量或负小矢量的空间电压矢量调制算法，这是一种八段对称式导噬鲜且恢值ゼ缘穆隹淼髦品椒ā？悸堑蕉匀哂嗍噶康不同处理方式，提出了一种准双极性瑆椒ǎü匀哂嗍噶康牟煌恚其调制方式更有利于抑制中点电压的波动。深入分析了中点电压波动的原因，建立起平均中点电流模型，为中点电压平衡控制提供了理论基础。基于空间矢量调制与三角载波调制两类调制方法的本质联系和准双极性调制方法，提出了两种中点电压平衡控制的方法，该方法只需电容电压和负载三相电流信息，控制算法简便易行，有利于计算机数字控制实现。分析了三电平逆变器在高调制深度下中点电压平衡控制效果差的原因，提出了一种将中矢量由冗余小矢量合成的空间矢量调制方法。理论分析和仿真研究结果表明，这种基于矢量合成的空间矢量调制方法在一个采样周期中对中点电流的平均效果为零，对中点电压不构成影响，可以有效抑制中点电压的波动，尤其是在高调制深度下。深入阐述了三电平逆变器直接转矩控制的主要问题及虚拟合成矢量控制方法，详细讨论了三电平逆变器直接转矩控制中的矢量选择方案。在此基础上，将基于调节思想的感应电机刂撇呗砸氲饺缙侥姹淦鞯目刂浦小Ｕ庵只于调节的直接转矩控制方法具有便于中点电位控制、转矩响应快、转矩脉动低等优点。研究了基于异步电机数学模型直接推导的定子磁链估算方法，并对其估算性能进行了深入分析。提出了以定子电流、定子磁链为状态变量构成异步电机全阶状态观测器的方案，系统地给出了这种全阶状态观测器的设计方法。并根据李雅普诺夫稳定性原理推导了基于自适应全阶观测器的速度辨识算法，所提出的全阶观测器方案在准确观测电机磁链的同时可实现高性能的无速度传感器运行。上海大学博十学位论文摘要
以?刂坪诵模兄屏艘惶兹缙侥姹淦魇笛樽爸谩在此装置上完成了三电平逆变器的相关实验研究，实验装置运行稳定可靠。大量的仿真和实验结果证明了本文的研究思想和控制策略是正确的。关键词：三电平逆变器，空间电压矢量调制。中点电压平衡控制，直接转矩控制，全阶状态观测器，无速度传感器上海人学博士学位论文摘要
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导师躲鳓****互日期：丝笸：芝日期兰：荷原创性声明本论文使用授权说明导师签名：腿本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已发表或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他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了谢意。签名：Ｃ艿穆畚脑诮饷芎笥ψ袷卮斯娑本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定，：学校有权保留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容。
第滦髀引言研究背景近些年来，随着我国国民经济的迅速发展，工业、电力、交通、新能源及其它一些相关领域对大容量电力电子变换设备的需求更加迫切，这些设备的功率目前已达到兆瓦级，而可控交流传动在兆瓦级范围内常常会和中压电网联系在一起。今天，很难将某个独立的电力半导体开关器件和中压电网．．或直接联在一起，正是如此，更高电压等级的多电平逆变器引起国内外同行的广泛关注。目前，交流传动已经成为电气传动领域的主流，低压中小容量的变频调速技术在国内已得到广泛的应用，而对于中高压大功率领域的应用研究尚处于起步阶段，主要依靠进口一些国外著名电气公司的变频传动装置，这些产品在国内的价格十分昂贵，而且核心技术仍为国外公司所掌握，所以我们很有必要研究属于自主知识产权的中高压大功率变频装置。多电平逆变器的电路拓扑结构避免了功率开关器件直接串联引起的动态均压问题，同时降低了电压变