摘要
为实现“碳达峰、碳中和”的目标，中国大力发展可再生能源发电技术。逆变器作为新能源发电系统中的核心设备，其性能的优劣直接影响着整个系统的效率和可靠性。三电平逆变器具有输出电压波形质量好、谐波含量低、耐高压的特点在各类新能源发电系统得到广泛的应用，但该逆变器存在损耗不均衡和直流侧电容电压不平衡问题。因此，本文以单相半桥有源中点箝位型三电平（ThreeLevel-ActiveNeutralPointClamped,TL-ANPC）逆变器为研究对象，对其损耗均衡控制策略和电容电压平衡控制策略进行深入研究。 首先，对单相半桥TL-ANPC逆变器的拓扑结构进行介绍，并分析了其静态、动态时开关管的工作状态。在TL-ANPC逆变器传统调制策略的基础上，提出一种以均衡器件开关损耗为目标的改进型调制策略，并在MATLAB/Simulink和PLECS仿真软件中分别建立了调制策略和逆变器损耗计算的仿真模型。仿真结果表明改进型调制策略均衡逆变器开关损耗的效果明显。除此之外，该调制策略还改善了逆变器输出波形质量，并且简单、易于数字化。 其次，对单相半桥TL-ANPC逆变器直流侧电容电压不平衡和电容电压存在二倍频含量的问题进行分析，并给出相应的解决方法。针对电容电压二倍频含量问题，提出在传统闭环控制系统的电压反馈回路中分别加入二阶滤波器和二阶陷波器的控制方法，并对其进行仿真分析。结果表明二阶陷波器抑制电容电压二倍频效果优于二阶滤波器。为解决直流侧电容电压不平衡问题，对比分析了基于Buck-Boost电路的硬件控制法和PR闭环控制器、电容电压差前馈控制的软件控制法，结果表明电容电压差前馈控制法平衡电容电压的效果比其他两种方法的控制效果好。 最后，完成TL-ANPC逆变器主电路、采样电路、驱动电路和滤波电路的设计以及选型，并编写相应的控制程序，搭建了单相半桥TL-ANPC逆变器的实验平台。在此基础上，完成了四种调制策略、电容电压平衡控制和抑制二倍频波动等实验，实验结果与仿真结果和理论分析结果一致，验证了所提出的调制策略与控制策略的可行性与有效性。
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