基于单相多级联逆变器的特性研究

摘要

随着电力电子交流技术的不断发展，各种先进的控制技术层出不穷。由于受电力电子器件电压容量的限制，传统的两电平变频器通常采用“高-低-高”方式经变压器降压和升压来获得高压大功率，或采用多个小容量逆变单元经多绕组变压器多重化来实现，这使得系统效率和可靠性下降。因而，人们希望实现直接的高压逆变技术，而多电平功率变换技术因其在高压大功率应用场合的广阔前景，就成为了电力电子领域的研究热点。围绕多电平变换器，新型电路拓扑及相关调制策略层出不穷，级联型多电平逆变器由于其具有开关应力小，输出波形优，易于封装和扩展等优点，越来越多地被应用于中高压频率调速、柔性交流输电和高压直流输电等高压大功率场合。
　　本文首先介绍了多电平逆变器的产生背景及其发展现状，对它的几种拓扑结构进行了详细介绍，并对各自的特点和适用场合进行了比较分析，从而引出 H桥级联型多电平逆变器的优越性能和广阔应用前景，接下来，对H桥级联逆变器的结构和工作机理进行了重点介绍，并在此基础上，引出了级联逆变器的PWM调制方法，在对各种方法的分析比较下，引出了载波相移正弦脉宽调制(CPS-SPWM)策略，并对它进行了深入剖析研究。
　　另一方面，在载波相移控制下的级联逆变器在调制过程中，是通过载波对正弦信号进行调制的，这会产生和载波有关的谐波分量，而这些输出谐波频率和幅值已成为衡量PWM多级联逆变电路的重要指标之一，因此也必须对CPS-SPWM调制策略的谐波进行准确分析并给予有效地抑制。本文最后也重点研究了单相级联型多电平逆变器在CPS-SPWM调制下的的输出特性，重点是谐波的变化规律：随着H桥单元个数的增加，输出波形会越来越接近正弦波，谐波含量也会越小；同时随着调制度和载波频率等参数的变化，输出波形谐波情况也发生相应变化。最终，应用MATLAB进行了仿真分析，并且结合实际电路完成了实验分析，验证了逆变器的输出规律，达到了预期效果。

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 多电平逆变器的发展及研究现状

1.3 多电平逆变器PWM调制策略的研究

1.4 本论文的内容概述及意义

第二章 H桥级联型多电平逆变器

2.1 H桥功率单元工作机理

2.2 H桥级联型多电平逆变器拓扑及工作机理

2.3 H桥级联逆变器的优缺点及应用

第三章 载波相移SPWM（CPS-SPWM）技术

3.1 SPWM基本原理

3.2 载波相移SPWM(CPS-SPWM)调制法

3.3 异步调制和同步调制

第四章 级联型多电平逆变器的输出谐波分析

4.1 谐波的概念及产生

4.2 傅里叶分析基础

4.3 谐波分析的意义

4.4 CPS-SPWM调制策略的谐波分析

4.5 谐波治理

第五章 单相多级联逆变器的仿真分析

5.1 单相H桥级联型多电平逆变器仿真模型

5.2 仿真结果及分析

5.3 系统仿真小结

第六章 单相多电平级联逆变器的实验研究

6.1 系统实验平台搭建

6.2 FPGA软件设计

6.3 实验结果及分析

第七章 总结

参考文献

致谢

作者简介

1.基本情况

2.教育背景

3.攻读硕士学位期间的研究成果