【摘 要】
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大功率变换器系统在可再生能源发电、牵引传动、柔性输电等领域发挥着越来越重要的作用。在大功率场合下,受到散热能力的制约,变换器的最大开关频率被严格限制,通常只有几百赫兹。降低开关频率虽然可以有效地减小开关损耗,但是同时也会使变换器输出的低频谐波含量增加,输出波形变差。特定次谐波消除脉宽调制（SHEPWM）由于具有良好的稳态谐波控制能力,被广泛应用于低开关频率场合。但是由于波形固定、开关周期长,SHE
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大功率变换器系统在可再生能源发电、牵引传动、柔性输电等领域发挥着越来越重要的作用。在大功率场合下,受到散热能力的制约,变换器的最大开关频率被严格限制,通常只有几百赫兹。降低开关频率虽然可以有效地减小开关损耗,但是同时也会使变换器输出的低频谐波含量增加,输出波形变差。特定次谐波消除脉宽调制（SHEPWM）由于具有良好的稳态谐波控制能力,被广泛应用于低开关频率场合。但是由于波形固定、开关周期长,SHEPWM难以获得高性能的动态响应。模型预测控制（MPC）是一种具有高动态响应性能的控制方法,但是在低开关频率下,MPC的控制效果并不理想。为了能够在低开关频率下兼顾稳态谐波特性和动态响应能力,本文提出了一种基于MPC闭环控制的半波对称SHEPWM混合调制策略。针对传统调制策略在低开关频率下低频谐波含量增大、波形质量变差的问题,对半波对称SHEPWM的工作原理和实现方法进行分析,推导出半波对称三电平SHEPWM的数学模型。对三次谐波的幅值和相位进行控制,得出不同半波对称SHEPWM模式下开关角的解,并对变换器输出电压进行FFT分析,验证半波对称SHEPWM在低开关频率下的谐波消除特性和谐波控制能力。为了获得高性能的MPC闭环控制,对MPC基本工作原理和主要影响因素进行分析。在此基础上,从频率特性的角度进行分析,研究不同的代价函数权重系数对MPC控制性能的影响,提出基于频率特性的高性能MPC权重系数设计方法。为了解决MPC闭环控制与半波对称SHEPWM相结合的混合调制策略中的平滑切换问题,在对平滑切换问题进行分析的基础上,分别对调制层面和控制层面的切换问题进行研究,提出平滑切换策略,实现低开关频率下兼顾稳态谐波消除能力与动态响应能力的混合调制策略的平滑切换。搭建了三相T型三电平变换器实验平台,实现不同模式的三电平变换器闭环控制,对所提的调制层面和控制层面的平滑切换策略进行实验验证,实现基于MPC闭环控制的半波对称SHEPWM混合调制策略。
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