三电平逆变器新型简化算法及其优化控制

针对NPC三电平逆变器提出一种新型简化控制算法,该算法无需扇区判断和查表,根据三相瞬时相电压即可快速计算出各开关管的切换时刻;为解决NPC三电平逆变器固有的电容电压平衡问题,采用平衡因子法精确控制电容电压,并通过最优空间矢量位置理论对平衡因子进行优化,在精确控制电容电压的同时改善输出谐波特性。实验结果证明了简化控制算法以及电容电压平衡方法的有效性。     

减小共模电压的通用多电平SVPWM算法及FPGA实现

针对电平数增加造成开关矢量数目增多,导致多电平空间矢量脉宽调制算法实现复杂的问题,提出一种通用的多电平空间矢量脉宽调制快速计算方法.该方法基于参考电压分解,利用相电压合成电压矢量,能快速确定合成电压矢量及计算各矢量的作用时间,具有清晰的物理概念.讨论了为减小输出共模电压的7段/5段式空间矢量脉宽调制开关序列的生成方法及FPGA实现的简化方法.所提出的调制算法具有通用性,适用于任意电平且复杂程度与电平数无关,输出共模电压小,始终限制在单位电平的2/3以下,相电压波形正弦对称,谐波含量少.算法计算量小,无需查找表,FPGA实现容易,占用资源少.     

一种基于Z源三电平逆变器的SVPWM算法研究

采用单Z源逆变器结构可以实现逆变器输出电压的升高。提出一种基于三电平单Z源逆变器的空间矢量脉宽调制策略,在矢量区域判断、发生顺序确定、合成时间计算的的基础上,阐述了直通矢量的插入策略。通过插入适当的直通矢量,实现了输出电压的升高,得到具有良好伏秒特性的逆变器输出波形。通过仿真分析,验证了相应理论控制算法的正确性。     

中点电压偏移对SVM控制的三电平逆变器的影响及补偿措施

简要介绍了三电平逆变器的传统SVM控制算法.针对逆变器负载运行时,负载动态特性对于三电平逆变器的中点电压的影响,以及由中点电压偏移造成的空间矢量图的变化,引入中点电压前馈控制方法,进行新的矢量分区和作用时间计算,从而改进逆变器带负载时的输出电流波形.在Matlab软件平台上进行仿真,结果表明改进的SVM得到的输出电流波形较传统的SVM控制方法下的输出电流波形有明显的改善.     

基于开绕组电机的双三电平逆变器容错控制方法

针对双逆变器供电拓扑在提高变频器输出电压和输出电平数的同时具有良好的容错性能这一特性,提出了一种基于参考电压矢量解耦的五电平SVPWM容错算法。该方法在简化算法的同时满足了系统容错控制要求;直接利用解耦后的三相给定相电压计算出相应的切换时刻,省略了复杂的扇区判断和查表;利用最优空间矢量位置原理对平衡控制因子进行修正,在精确控制中点电位平衡的同时,降低电压电流谐波。仿真及实验结果表明,该方法能够有效应用于故障情况,缩短程序运行时间,改善输出电流谐波特性。     

一种新型的多电平逆变器空间矢量控制方法

基于传统的两电平逆变器空间电压矢量方法,提出了一种新型的多电平逆变器空间电压矢量实现方法,该方法将一相的逆变单元分为基本单元和调制单元两部分,相应地对参考电压也要进行分解处理。在一个脉宽调制(PWM)周期中,只对调制单元进行PWM控制,基本单元输出的电平不变。仿真研究表明该方法输出电压波形总畸变率较小,可用于单元串联多电平逆变器的控制。     

三电平逆变器双极性调制方式研究

SVPWM控制的三电平逆变器具有减少谐波含量、改善输出电压波形的优点,正在逐步取代传统的两电平逆变器。介绍了三电平逆变器原理和空间矢量算法在其中的应用,提出一种改进算法的三电平空间矢量PWM调制策略和中点电位控制方法。基于TMS320C2812DSP实现了逆变系统的数字控制,利用FPGA和PLC实现脉冲触发和接口控制。仿真和实验结果论证了该算法的正确性。     

单相MPUC五电平逆变器滞环SVPWM容错控制方法

提出一种电流跟踪型单相电压源多电平逆变器滞环空间矢量脉宽调制（SVPWM）容错控制方法。首先分析功率开关器件单管开路故障对单相改进型填充U形电池（MPUC）五电平逆变器电压矢量的影响;并在此基础上提出电压矢量等效替代方法,优先选择位置重合的冗余电压矢量进行等效替代;如果没有重合的非故障矢量,则选择位置和作用效果最接近的其他非故障矢量。在逆变器单管开路故障状态下,该方法可以保证逆变器输出电流较准确地跟踪参考电流,无需增加备用的硬件冗余单元,能节约硬件成本,简化系统结构。仿真和实验证明了该方法的正确性和有效性。     

空间矢量调制的五相Z源逆变器

为了提高传统五相电压源逆变器的直流电压利用率,在两电平逆变器拓扑结构的基础上提出了五相Z源逆变器的电路拓扑结构。逆变器利用Z源网络的升压特性,在开关切换时刻插入直通状态,使直流母线电压升高,从而提高了五相电压源逆变器的直流电压利用率和电压传输比。为减小逆变器输出电压谐波,采用优化的空间矢量调制算法对五相Z源逆变器进行调制,其中通过最小化三次谐波子空间的合成矢量来使输出电压的谐波减小。利用SIMULINK对五相Z源逆变器进行仿真,并采用基于数字信号处理器(digital signal processor,DSP)控制的实验平台对其进行实验验证。仿真和实验结果验证了该逆变器的可行性和调制算法的有效性。五相Z源逆变器能提高逆变器直流电压的利用率,可以用于直流电压受限的场合。     

多电平双移30°永磁同步电机的矢量控制系统

为了进一步提高调速系统的容量,降低输出谐波和转矩脉动,将多电平逆变器与多相电机相结合,给出了五级十一电平级联型多电平逆变器驱动双移30°永磁同步电机的六相调速系统拓扑结构,分析了电压空间矢量在各正交空间的分布,研究了基于双级联型逆变器的四矢量空间矢量脉宽调制（SVPWM）算法。基于Matlab的仿真将级联型多电平逆变器驱动的双移30°永磁同步电机矢量控制系统与两电平逆变器驱动的双移30°永磁同步电机矢量控制系统进行比较,前者的转矩、稳态电流等性能均优于后者,其稳态电流总谐波畸变率仅为2.68%。基于 DSP的实验表明级联型多电平逆变器输出波形接近正弦波,转矩脉动较小,稳态电流谐波含量低,达到了预期的控制效果,从而验证了本文所提方法的可行性。     

基于三电平逆变器的内置式永磁同步电机矢量控制研究

三电平逆变器输出电压波形比两电平逆变器增加一个台阶,其谐波含量低、波形质量好,有利于实现输出电压的正弦化,且单个开关管承受的电压应力小,适合向高压大容量方向发展。内置式永磁同步电机(IPMSM)为三相正弦波输入控制,用三电平逆变器来驱动IPMSM,有利于减少IPMSM的转矩脉动,实现高性能的调速控制。对基于三电平逆变器的IPMSM矢量控制技术进行了研究,建立了系统仿真模型。仿真结果表明:该系统的三电平逆变器输出电压波形正确,IPMSM的转速能准确跟踪参考转速,电机动态、稳态性能良好。     

基于60°坐标系的两电平和NPC型三电平逆变器SVPWM算法研究

针对传统两电平逆变器空间矢量脉宽调制(SVPWM)中大量三角函数运算以及输出电压谐波含量高的问题,研究了基于60°坐标系的SVPWM算法,深入分析了60°坐标系下两电平和二极管钳位型(NPC)三电平逆变器SVPWM的设计方法。通过MATLAB/Simulink软件的仿真研究,验证了基于60°坐标系的NPC型三电平逆变器SVPWM算法能够避免复杂的三角函数运算,同时减少了输出电压谐波含量,使输出电压波形更加正弦。     

多电平双Y移30°永磁同步电机的矢量控制系统

为了进一步提高调速系统的容量,降低输出谐波和转矩脉动,将多电平逆变器与多相电机相结合,给出了五级十一电平级联型多电平逆变器驱动双Y移30°永磁同步电机的六相调速系统拓扑结构,分析了电压空间矢量在各正交空间的分布,研究了基于双级联型逆变器的四矢量空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法。基于Matlab的仿真将级联型多电平逆变器驱动的双Y移30°永磁同步电机矢量控制系统与两电平逆变器驱动的双Y移30°永磁同步电机矢量控制系统进行比较,前者的转矩、稳态电流等性能均优于后者,其稳态电流总谐波畸变率仅为2.68%。基于DSP的实验表明级联型多电平逆变器输出波形接近正弦波,转矩脉动较小,稳态电流谐波含量低,达到了预期的控制效果,从而验证了本文所提方法的可行性。     

同步电动机相电压重构及磁链观测研究

针对三电平逆变器输出电压波形为阶梯波,谐波含量大,不宜应用于控制等问题,给出一种三电平逆变器供电的同步电动机相电压重构方法,改善输出电压质量.介绍一种同步电动机综合磁链观测器,该模型结合了电流及电压模型优点,能全速范围准确观测磁链.采用电机相电压重构及综合磁链观测器,对比分析了电机相电压重构对磁链观测的性能改善.最后通过仿真和实验对上述理论做了可行性验证.     

通用组合逆变器拓扑结构及调制策略研究

本文在已有的多电平逆变器基本拓扑结构基础上,提出了一种通用的混合逆变器拓扑结构,并对两种等压比的混合拓扑结构在调制策略上进行了拓展并分别做了载波移相、空间矢量移相PWM的仿真研究以及空间矢量移相PWM调制策略在级联H桥逆变器中的实验研究。数学推导、仿真及实验结果均证明,采用移相调制策略得到的混合逆变器的输出电压具有输出波形质量较好,低次谐波畸变率低等优点。对多电平逆变器在实际中的应用有一定的指导意义。     

多电平逆变器的简化SVPWM方法

针对多电平逆变器提出一种简化的电压空间矢量脉宽调制方法,该方法是先将电压矢量向复平面分解,并以相应的基准对分解后的横纵坐标进行标幺化,然后通过参考电压矢量来选择三个电压矢量和对应的作用时间,最后再将所选择的电压矢量变换为对应的三相电压波形.该方法具有实现简单、通用性强等优点,而且还具有较好的抑制多电平逆变器共模电压的作用.通过Matlab/Simulink仿真,证明了该方法的正确性和可行性.     

多电平逆变器直流侧电容电压的平衡与控制

多电平逆变器能产生多阶梯、低失真电压波形，特别适合于大功率高电压场合。二极管箝位式多电平逆变器（DCMLI）因无需独立的直流电源来维持每级电压而备受青睐。但该逆变器存在直流侧电容电压的不平衡问题，因而未能在有功功率变换中得到广泛应用。针对这一问题，文中提出一种适用于n电平DCMLI的电容电压动态平衡控制算法，该算法基于空间矢量PWM(SVPWM)法，用电容电压偏差值与各冗余开关状态下的电容电流预测值的乘积作为衡量电容电压偏离其平衡基准值程度大小的准则，通过选取使电容电压偏离程度最小的冗余开关状态来维持电容电压平衡并产生所期望的输出电压波形，但同时要舍去某些导致电容电压本质不平衡的特殊空间矢量。以5电平DCMLI为例，仿真验证了该算法的有效性。     

五相电压源逆变器SVPWM优化算法

为使五相电压源逆变器同时获得最大电压利用率及最小输出电压谐波,在分析两种SVPWM算法调制机理的基础上,设计了一种改进的相邻最近四矢量SVPWM算法。该算法在调制比为0~1.051 4范围内,通过消除谐波空间合成矢量,使得输出电压谐波为零;在调制比为1.051 4~1.23 1范围内,通过优化重新分配电压矢量作用时间来合成参考电压矢量,保证了谐波空间的合成矢量最小,使逆变器工作在最优状态。构建了五相电压源逆变器仿真模型以及FPGA实验平台,仿真和实验结果表明:在整个线性调制范围内,优化算法能够使五相电压源逆变器的输出电压谐波最小。     

Ⅱ型不对称CHB多电平逆变器SHEPWM功率均衡控制策略

针对直流侧电源电压比为1:2:4的Ⅱ型不对称CHB(ACHB)多电平逆变器特定谐波消除(SHEPWM)调制存在的各级联单元输出功率不均衡问题,对传统的SHEPWM调制进行改进,提出一种新的功率均衡控制策略.该策略利用Ⅱ型ACHB多电平逆变器输出相电压冗余的特点,对消谐方程组中基波幅值方程表达式进行等效拆分,不仅保证了逆变器输出相电压周期对称的电压波形以及实现各个串联H桥单元在一个输出周期内的功率均衡,而且通过多种群遗传算法得到消谐方程组的解,消除了特定的低次谐波,使逆变器输出高质量的电压波形.搭建了三单元十五电平Ⅱ型ACHB多电平逆变器实验平台,对上述功率均衡控制策略进行了理论分析和仿真验证.实验结果验证了该均衡策略的可行性和正确性.     

多相三电平逆变器-PMSM矢量控制系统研究

作为舰船综合电力推进系统的前期研究,本文研究了一种基于4组三电平逆变器的大功率12相永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)矢量控制系统。文中首先介绍了三电平逆变器和PMSM矢量控制原理,在此基础上论述了多相PMSM变频调速系统采用多组三电平逆变器进行矢量控制的原理和实现方法。文中三电平逆变器采用空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation,SVPWM)控制策略,以TMS320LF2407型DSP为数控平台实现了三电平逆变器的空间电压矢量控制,并且多组逆变器之间采用CAN总线进行通讯。最后给出了相关的仿真波形和实验波形。