有源中点箝位型变换器SHEPWM控制策略的优化研究

Active neutral-point-clamped (ANPC) converter is a novel multi-level topology which can overcome the drawbacks of diode-clamped converter and flying-capacitor converter，and ANPC converter has the potential to balance the losses among the semiconductors. The control strategy of selected harmonic elimination PWM has significant advantages over SPWM and SVPWM. The main advantages are as follows: (1) The algorithm is simple; (2) It can eliminate certain low harmonic. Take ANPC converter as the research object, the project will be selected harmonic elimination PWM control strategy and overall performance optimization of converter combination. The main studies include: the essence and of SHEPWM and SVPWM, hybrid PWM based on SHEPWM and SVPWM,the relationship between SHEPWM and the neutral-point potential balance, suppression of common-mode voltage and optimization method of improved SHEPWM based on ant colony algorithm, SHEPWM and flying capacitor voltage control, and the multi-objective SHEPWM optimization control strategy. Finally, the hardware-in-the-loop simulation and experimental research is implemented to confirm the validity of the proposed method.

有源中点箝位型拓扑是一种能够克服传统的二极管箝位型和电容箝位型拓扑缺点的新型多电平拓扑结构，其通过对冗余状态的合理切换可实现功率器件的损耗平衡；而特定谐波消除PWM（SHEPWM）由于算法简单、能够消除特定低次谐波等优点成为PWM控制策略的研究热点。本项目拟以有源中点箝位型多电平变换器为研究对象，综合考虑变换器的多个重要性能指标，针对SHEPWM控制策略的优化进行深入研究。主要研究内容包括： SHEPWM与SVPWM的本质联系及混合PWM控制方法、考虑中点电压平衡控制的SHEPWM优化控制、共模电压的抑制及基于蚁群优化算法的改进式SHEPWM求解方法、SHEPWM与悬浮电容电压控制，以及基于上述性能的多目标SHEPWM控制策略的优化研究等。最后进行半实物仿真和实验研究，验证算法的有效性。

有源中点钳位型拓扑是一种能够克服传统的二极管钳位型和电容钳位型拓扑缺点的新型多电平变换器，而SHEPWM由于算法简单、能消除特定低次谐波等成为PWM控制策略的研究热点。本项目以有源中点钳位型变换器为研究对象，综合考虑变换器的多个重要指标，针对SHEPWM优化控制策略进行了深入研究，主要研究内容包括：（1）ANPC变换器SHEPWM与SVPWM的关联；（2）SHEPWM与ANPC变换器中点电压平衡的研究；（3）抑制共模电压的改进式SHEPWM及其优化求解方法的研究；（4）ANPC变换器SHEPWM与器件损耗平衡的研究；（5）ANPC变换器SHEPWM与悬浮电容电压的控制研究；（6）多目标ANPC变换器SHEPWM控制策略的优化研究。项目克服的难点主要有：（1）SHEPWM非线性方程的解如何与变换器的其它关键性能结合研究，提高变换器的整体性能；（2）提出了SHEPWM与SVPWM混合控制策略的平滑切换方法；（3）PWM调制策略与共模电压、器件损耗的结合研究。本项目采取理论探索、半实物仿真和实验研究相结合的方法。本项目解决了以下关键科学问题：（1）多电平变换器SHEPWM与SVPWM的联系；（2）ANPC变换器开关状态及其变化与中点电压、共模电压和损耗的关系；（3）优化算法与改进式SHEPWM控制策略数学模型的关联。本项目的研究成果：（1）在国际/国内著名学术期刊和学术会议上发表学术论文37篇；（2）申请和授权发明专利14项；（3）培养研究生6名；（4）搭建了ANPC变换器仿真模型、半实物仿真模型和实验平台。本项目的研究成果对提高逆变器的容量和工作效率有着重要的指导意义。