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为解决大功率电力电子器件的功率处理能力和开关频率之间的矛盾,在对比研究几种多电平变流器拓扑的基础上,优选IGBT作为H桥级联多电平拓扑的开关器件设计大功率变流器。基于DSP设计的级联多电平变流器不依靠增加变流器开关器件的开关频率来减少谐波,而是运用载波移相(CPS—PWM)调制技术,通过增加变流器输出直流电平数的方法来逼近指令信号波形,从而成倍地提高变流器的等效开关频率,减少PWM谐波,改善输出波形。
CPS-PWM技术在工程应用中,随着输出电平数的增加,需要众多计数器协同工作以输出多路PWM控制信号,其硬件生成比较困难。本文研究了CPS—PWM调制技术应用于级联H桥多电平变流器拓扑结构的算法,提出了一种基于DSP芯片TMS320F2812的CPS-PWM调制策略,通过事件管理器硬件实现与CPU软件实现相结合,在DSP的各个GPIO复用管脚直接输出多路CPS—PWM波形。
进行了数字PI调节的电流跟踪闭环控制实验,在IGBT功率器件较低开关频率的情况下,实验装置获得了较高的等效开关频率,取得了良好的电流跟随和谐波抑制效果。
在研究灰色系统理论的基础上,建立了多电平变流器的非线性行为模型,在线对多电平交流器的输出测量值建立新陈代谢灰色GM(1,1)模型,得到输出值的灰色滤波值及单步预测值,通过与指令信号测量值综合形成基于灰色GM(1,1)模型的PID预测控制算法,并在单相多电平变流器上实验验证了该算法。仿真和实验表明,基于灰色模型的多电平变流器的预测控制算法,算法容易实现,动态性能好,控制系统具有较强的鲁棒性,控制品质得到明显的提高。