五电平级联逆变器设计与仿真开题报告.docVIP

电信学院毕业设计开题报告 姓 名 专业 电力系统 班级 电气三班 学 号指导教师 题目类型 工程设计 题 目 五电平级联逆变器的设计与仿真 一、选题背景及依据（简述题目的技术背景和设计依据，说明选题目的、意义） 1.技术背景 在电压型逆变器中，最早广泛应用的是两电平逆变器。所谓两电平逆变器，就是通过控制开关管的导通和关断，在输出端把直流电源的正极和负极电压分别引出，将直流电能变换成交流电能的一种电能变换器。这种变换器一个最大的弱点是，受开关管功率和耐压的限制，不宜实现高压大功率输出。为了解决这个问题，通常的办法是将开关管直接串联，但这样做还需要解决开关管串联引起的静态和动态均压问题，同时还需要加入输出滤波器，以降低输出谐波和du／dt。为了避免出现上述技术难题，于20世纪80年代，在电力电子技术领域中应用电力系统直流输电、无功补偿、电力有源滤波以及高压大功率交流电动机变频调速系统发展的需要，一种新型的、适合于环保节能应用的逆变器新思路——多电平逆变器(Multilevel Inverter)开始出现，并受到了越来越多的人们的关注。经过20多年的研究，现在已基本形成了集中结构定型的多电平逆变器电路，形成了一门独立的新型电力电子逆变技术新学科。 当代的逆变技术，为了减少输出电压中的谐波含量和du／dt，有两种研究方向：一个是对两电平SPWM逆变器的研究，用高频化和软开关的方式来减少谐波和开关损耗，即用提高逆变器的SPWM开关频率的方法来减小输出电压中的谐波含量。该方法的特点是必须用高频IGBT做开关管，du/dt大，EMI大，开关损耗大，只能提高谐波频率，不能消除谐波。该方法的优点是可以调压；另一个是对多电平逆变器的研究，用增加电平数和逆变器的级联法来减小谐波，即用N个逆变器的级联叠加法，利用波形之间的相位差来消除某些低次谐波。该方法的特点是逆变器工作在基频，开关频率低，可以采用中、低速开关器件，du/dt小，EMI小，开关损耗小，不用软开关，电路简单，成本低廉，但不能调压。该方法的优点是可以消除某些低次谐波。如果把这两个研究结果相结合，集两者的优点，弃其缺点，就可以得到一种新型的环保节能逆变方式，即将N个SPWM逆变器，按照多电平逆变器的级联叠加法进行叠加，由此就可以得到一种新的具有较强消谐波能力的环保节能式SPWM多电平逆变器，这种逆变器既可以在不增加开关损耗的条件下把消谐波的能力提高N倍，又可以进行输出电压的调节。这种优良的逆变器，就是以级联叠加法为手段的H桥级联式多电平逆变器。其特点是使用的元器件数目少、不存在电容上电压的平衡问题；流过各个开关管的电流相同，便于模块化、控制简单、扩容方便，一般不用软开关。 2、设计依据 近年来出现了几十兆、甚至更大容量的设备。在现有的技术条件下，为使传统的的两电平逆变器输出容量更大，只能靠器件的串并联来实现。级联型逆变器作为多电平逆变器是出现的最早的一种，是1975年P.Hammond提出的，级联多电平逆变器中每一个逆变单元可以输出方波或阶梯波，通过输出波形的叠加合成，形成更多电平台阶的阶梯波，以逼近逆变器的正弦输出电压，有利于减小电磁干扰（EMI），系统无环流，谐波含量少，对发电单元电压等级要求低。在中高压调速领域、新能源发电、交流柔性输电系统等应用中引起了电力电子行业的极大关注，成为中高压能量变换的首选方案。 本设计主要的技术指标为：额定功率1KW；额定输出电压220VAC；频率50HZ；输出电压波动不超过2％②在阶梯波调制时，开关管工作在基频状态，损耗小，效率高。 ③与钳位式多电平逆变器相比，当输出电平数相同时，所需的元器件数目最少。 ④容易实现模块化，易于扩展。 ⑤直流电源电压的利用率比钳位半桥式结构的多电平逆变器高。 ⑥基于低压小容量逆变器的级联组成方式，技术成熟、容易实现，比较适合于七电平以上的多电平逆变器场合应用。 ⑦各个开关管的导通时间相同。 综上，我选择了第二套方案。 控制方式 在过去的20年中，人们提出了大量的多电平变换器PWM控制方法。得出了许多有益的结论。通常，这些PWM控制方法分为两大类：载波PWM调制法、和空间电压矢量调制法(简称SPWM)，它们都是两电平PWM技术在多电平中的扩展。多电平逆变器的PWM控制法是和其电路结构与工作特点密切相关的，不同的电路结构及其工作特点，采用不同的PWM控制电路。 此设计采用三角载波移相PWM法。三角载波移相PWM法(Triangular carrier phase shifting PWM—PSPWM 是一种专门用于级联型多电平变换器的PWM方法。这种控制方法每个模块的SPWM信号都是由一个三角载波和两