級聯多電平逆變器高性能控制方法及故障診斷的關鍵技術研究.pdf

1、級聯H橋多電平逆變器主要應用于高壓大功率電動機的變頻調速場合。因其具有拓撲結構簡單、輸出諧波失真小、器件電壓應力低、易于模塊化等優(yōu)點而受到廣泛關注，成為近年來高壓大功率交流傳動應用領域的研究熱點。
　　本文從級聯H橋多電平逆變器的結構特點出發(fā)，結合高壓大功率交流傳動系統的實際需求，重點研究了級聯H橋多電平逆變器的控制技術、故障診斷方法和能量回饋控制策略。一方面在現有結構的基礎上，改進調制方式、優(yōu)化控制算法獲得更好的輸出性能，提出故

2、障診斷方法提高系統的可靠性和容錯性;另一方面對目前的結構和控制策略進行改進，進一步拓展級聯H橋多電平逆變器的應用場合。本文的主要研究內容及創(chuàng)新點如下:
　　(1)闡述了空間矢量調制技術的基本原理，分析了空間矢量調制技術在級聯H橋多電平逆變器應用中的不足，研究了異步電機的直接轉矩控制技術;在多電平載波移相調制技術特點的基礎上，提出了一種適合級聯H橋多電平逆變器的欠量錯時疊加調制方法，簡化了傳統多電平空間矢量控制中復雜的開關表計算，基

3、于該方法實現了大功率異步電機的直接轉矩控制，減小了系統輸出電流脈動和電磁噪聲。
　　(2)介紹了電網實際運行時的常見異常情況，闡述了電網瞬時失電對級聯多電平H橋逆變器的影響;研究了現有高壓逆變器“飛車啟動”速度辨識技術;針對異常情況的不可預見性和不確定性，提出了一種雙閉環(huán)模糊邏輯自整定PID轉速追蹤方法，給出了具體的參數整定規(guī)則，提高了系統對參數變化的魯棒性，改善了系統的動態(tài)及穩(wěn)態(tài)性能。
　　(3)闡述了現有高壓變頻調速系統

4、的故障診斷方法，針對級聯H橋多電平逆變器載波移相調制方法特點，提出了一種低成本的單傳感器多電壓檢測方法，實現功率單元簡單快速的故障診斷;在逆變器輸出電壓頻率已知的前提下，提出了一種變N同步采樣半波外展FFT諧波計算方法，解決了常規(guī)FFT計算方法的頻譜泄漏問題;用計算得到的諧波特征和單傳感器多電壓檢測結果訓練改進的自適應共振神經網絡，建立故障智能診斷系統，實現故障功率單元中故障開關器件的定位。
　　(4)分析了傳統級聯H橋多電平逆變

5、器不能四象限運行的不足，闡述了具有有源前端的級聯H橋多電平逆變器功率單元電路結構和數學模型;基于PWM整流器在兩相靜止坐標系中的數學模型，結合了瞬時功率理論及PWM整流器直接功率控制的特點，基于模糊邏輯，提出了一種新的PWM整流器模糊邏輯功率預測控制策略，解決了傳統PWM整流器直接功率控制策略中滯環(huán)比較器帶來的滯環(huán)寬度和控制精度的矛盾，所提策略具有較好的控制穩(wěn)定性和較快的動態(tài)響應。
　　本文對所提出的方法進行了大量的理論分析及仿真