基于零序电压分量注入的单相三电平NPC整流器脉宽调制方法

直流侧中点电位电压偏移是多电平中性点钳位型变流器的主要缺点。以单相三电平NPC整流器为研究对象,以实现直流侧中点电位无漂移为控制目标,以传统的单相三电平单极性载波脉宽调制方法为基础,首先提出一种基于零序电压分量注入的载波脉宽调制算法;然后在此基础上给出基于零序电压分量极限值注入的载波脉宽调制算法;并给出这2种方法的零序电压分量的设计方案;最后,对这2种方法进行了详细的理论分析、计算机仿真和1kW样机实验对比验证。研究结果表明：所提出的2种算法都能有效实现直流侧中点电位平衡控制,其中基于零序电压分量极限值注入的载波调制算法的中点电位控制具有更快动态响应速度,且其网侧电流的高次谐波主要分布在开关频率附近;而基于零序电压分量注入的载波调制算法的网侧电流高次谐波主要分布在2倍开关频率附近。但是在一个调制信号周期内,基于零序电压分量极限值注入的载波调制算法的开关切换次数比基于零序电压分量注入的载波调制算法低25％左右。     

非隔离型三电平逆变器漏电流抑制与中点电位平衡控制

针对中点钳位型三电平逆变器在光伏并网系统中存在的漏电流和中点电位不平衡的问题,文中对漏电流产生的机理和影响中点电位的因素进行了分析.针对已有调制策略存在的不足,在已有调制策略的基础上,对传统调制策略下的调制扇区进行重新划分,并在此基础上选择合适的开关序列,得到一种新型的大中小矢量调制策略.文中所提调制策略的共模电压变化幅值低、直流电压利用率高、输出电压的总谐波畸变率低,且能够对中点电位进行有效控制.最后,通过仿真和实验,将所提策略与传统调制策略在漏电流抑制和中点电位控制等方面进行对比,验证了所提调制策略的有效性.     

基于钳位方式切换的Vienna整流器载波断续脉冲宽度调制策略

当Vienna整流器工作在直流电压不平衡条件下时,传统载波断续脉宽调制(carried-based discontinuous pulse-width modulation,CB-DPWM)会增加输入电流谐波和中点电压波动。为解决上述问题,提出一种基于钳位方式切换的CB-DPWM策略。为了减小输入电流谐波,根据变化的电压矢量对子区域和零序分量进行重新划分和计算。据此,建立统一的CB-DPWM调制波,分析可运行区域,得到直流电压不平衡度和可运行区域成反比的结论。结合中点电流分析不同钳位方式对中点电压大小的影响,并根据直流电压不平衡度的大小实时切换钳位方式,从而有效地减小中点电压波动。通过钳位区域判断和优化开关序列,减少切换钳位方式引入的开关动作,提高了Vienna整流器效率。最后,在Vienna整流器实验平台上验证所提策略的有效性。     

非隔离三电平电压型并网逆变器共模电流抑制策略

针对无变压器非隔离型三电平并网逆变器共模电流问题,详细分析了影响共模电流的主要因素。根据非隔离型三电平并网逆变器的共模等效结构模型,采用能消除共模电压的SPWM调制策略和改进LC滤波器方法,抑制共模电流。LC滤波器滤除寄生电容电压高频分量,改变了直流侧中点电位的平衡机理。改进的注入零序电压分量方法使中点电位得到有效控制。仿真验证了共模电流抑制策略的有效性。     

一种抑制系统漏电流非隔离型三电平逆变器中点平衡载波调制算法

为了同时解决漏电流和中点平衡这两个问题,首先分析系统漏电流产生的机理以及传统调制策略对漏电流的影响,并且在大中零矢量调制(LMZVM)算法的基础上提出一种基于零序电压注入的大中正负小矢量调制(LMP/NSVM)算法。在非单位功率因数的情况下,根据直流侧中点总电荷量最小而选择LMP/NSVM或LMZVM策略,与大中小矢量调制(LMSVM)策略相比,本文提出的LMP/NSVM算法中点电位调节速度更快、稳态波动更小。系统漏电流与LMZVM基本相同并且优于传统的SVPWM,而且是基于载波思想实现的,算法简单、易于实现,因而该调制策略具有一定的工程应用价值。最后,与传统的三种调制策略实验结果对比,验证了理论分析的正确性与有效性。     

三电平逆变器中点振荡和漏电流抑制方法

针对T型三电平光伏并网逆变器,提出一种SPWM调制和电压控制器,该调制策略不仅能够抑制中点电位振荡,而且能够实现中点电位偏移控制。非隔离光伏并网逆变器存在漏电流问题,通过分析发现漏电流和共模电压正相关,因此重新排列开关次序,舍弃较大的共模电压,从而实现了漏电流的抑制。最后,通过仿真验证所提调制和控制的正确性。     

三电平中点钳位电压型逆变器带不平衡负载时的复合控制策略

为了改善不平衡负载条件下三电平中点钳位型(NPC)电压型逆变器的输出电压波形,采用了延迟信号撤销法(DSC)分离出正序和负序电压分量分别进行控制。但此方法在修正了电压波形的同时,会进一步增加输出电流的不对称性,导致在空间矢量脉宽调制算法(SVPWM)下三电平NPC电压型逆变器中点电位的波动加剧。针对这个问题,计算了负序电流分量对中点电位波动的影响。结果显示随着负序不平衡度增加,中点电位等效控制能力有可能增大或者减小,主要取决于输出功率因素。而当调制比>0.5时,由于功率因数和负序不平衡因数不匹配,在该开关周期内无法对中点电位进行补偿。同时也找出了1个开关周期内控制冗余小矢量的作用时间对中点电位调整能力的边界,从而建立了中点电位控制的空间矢量调制算法。另外,提出了基于DSC算法对电压正负序分量进行分离,分别在正向负向旋转坐标系下进行电压控制,并结合中点电位控制的复合控制方案。仿真计算表明该控制方案下,负序电压分量在负方向旋转的坐标系下得到控制,同时负序电流作用使得中点电位的波动加剧,但是在空间矢量中点电位调制下,中点电压波动得到抑制。仿真结果验证了该复合控制策略下三电平中点钳位型电压型逆变器具有较好的带不平衡负载的能力。     

基于零序电压注入的五电平有源中点钳位型逆变器多目标优化控制策略

针对五电平有源中点钳位型逆变器的母线中点电压平衡、开关频率优化以及共模电压抑制等多目标优化问题展开研究,本文提出了一种基于零序电压注入的方法控制母线中点电压平衡,通过计算所有关键零序电压对应的中点电流,并从中选择最优的关键零序电压来产生所需的目标中点电流,从而使母线中点电压波动最小。在此基础上进一步限制注入的零序电压的取值范围,可使得串联双管工作在基频,同时限制共模电压的幅值不超过母线电压的1/4。实验结果表明了该控制策略的有效性。     

考虑三电平中点钳位型变换器中点电压波动抑制的混合调制方法

三电平中点钳位型变换器存在中点电压不平衡的固有问题。零序电压注入法可以很好地控制三电平变换器的中点平衡,而且具有原理简单、计算简便等优点,但是在调制系数比较大或者功率因数较低的情况下存在不可消除的低频波动。双调制波方法可以在全范围内消除中点波动,但其会造成开关频率的增大和谐波性能恶化。本文结合零序电压注入和双调制波混合调制方法的优点,达到了在消除低频波动的同时又能最大程度上降低开关频率和保持谐波性能的目的。仿真和实验结果证明了所提出的混合调制方法的正确性和可行性。     

三电平NPC逆变器共模电压抑制

调制策略是三电平中点箝位(NPC)型逆变器的关键技术之一。传统脉宽调制策略能平衡中点电位,但会产生较大共模电压(CMV)。针对上述缺点,提出一种基于零序电压(ZSV)注入的三电平正弦波脉宽调制(SPWM)策略,能同时平衡中点电位和抑制CMV。在一个载波周期内,所提调制策略通过ZSV的注入和调制波的分解,能保证中点电位的平衡;通过调制波的分解和开关序列的优化,能抑制逆变器产生的CMV。该调制策略实现简单、计算时间少,能在输出电压全范围内控制中点电位平衡,同时能有效抑制CMV。最后,与传统空间矢量脉宽调制(SVPWM)策略进行实验结果对比分析,验证了所提调制策略的可行性和有效性。     

基于独立分裂电容的非隔离型中性点箝位逆变器漏电流抑制

为了解决非隔离型中性点箝位(neutral-point-clamped,NPC)三电平并网逆变器的漏电流问题,该文提出一种拓扑结构与调制相结合的漏电流抑制综合方案,该方案在抑制桥臂电流低频震荡、减小连接线电流和抑制漏电流方面可达到综合效果最优,同时又能控制直流母线中点电位平衡。首先,针对拓扑结构提出一种独立分裂电容(independentsplitting capacitor,ISC)结构的改进方法,该方法是一种折中处理方法,在减小漏电流的同时可以显著减小连接线电流,从传递函数的角度分析独立分裂电容值对漏电流和连接线电流的影响,并给出独立分裂电容值的理论计算公式。其次,在调制策略上采用一种基于LMZVMLMSVM的矢量混合调制,通过减小共模电压变化率来进一步减小漏电流,并实现直流母线中点电位平衡控制。最后,通过仿真和实验对提出的ISC?LMZVMLMSVM漏电流抑制综合方案进行验证,结果表明了该方法在漏电流抑制、减小桥臂电流低频振荡和连接线电流方面的有效性。     

组合开关状态的NPC三电平模型预测不平衡治理策略

三相四线制中点钳位(NPC)三电平不平衡补偿装置中点电压均衡会导致零序电流补偿不足,影响不平衡治理效果。为解决这一问题,提出组合开关状态的三电平模型预测不平衡治理策略,分析不同类电压矢量开关状态零序电流补偿与中点电压均衡的关系。并根据各类开关状态补偿零序电流能力,组合全零矢量、短矢量和中矢量13种开关状态进行模型预测不平衡治理。仿真对比不同组合开关状态在中点电压均衡前提下零序电流补偿能力,并采用所提出的开关状态进行不平衡治理。结果验证了组合开关状态控制的有效性和准确性。     

基于谐波抑制的共母线开绕组永磁同步电机减振控制

为了减少共母线开绕组永磁同步电机(OW-PMSM)驱动系统中的电流谐波,抑制由径向电磁力引发的电机振动,提出了一种基于零序电流闭环的零矢量重分配随机开关频率空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法。该算法通过选取的零矢量产生共模电压,抵消由非零电压矢量带来的共模电压,将零序电流闭环后动态抑制零序电流,有效地减少了相电流3次谐波含量。同时,针对调制策略固有的相电流高频谐波分量,通过SVPWM中开关频率随机化,使得开关频率及其整数倍处高频谐波幅值大大减少。试验结果表明,该方法能有效降低高低频段电流谐波幅值,实现OW-PMSM全频段的减振控制。     

一种零序电压注入的T型三电平逆变器中点电位平衡控制方法

T型三电平逆变器因其功率器件使用数量少、通态损耗低和功率密度高而被广泛应用于低压大电流领域。T型三电平逆变器的中点电位平衡控制是其关键技术之一,中点电位的不平衡将会导致输出电压和电流的谐波畸变率增加,且会降低直流侧电容的使用寿命。该文在传统的零序电压注入法基础上,研究了一种基于前馈加反馈补偿的零序电压注入,用以控制中点电位的平衡和抑制低频电压的脉动。通过建立T型三电平逆变器的开关函数模型和中点电位模型,详细分析了中点电位的平衡机理,推导了三相调制电压与注入零序电压之间的关系。该方法省去了复杂的占空比计算,可以实现中点电位平衡控制和低频电压脉动的抑制。最后通过实验验证了所提出的控制方法的正确性和有效性。     

基于I-DPWM的三电平中点钳位光伏逆变器漏电流抑制方法

对于三电平中点钳位光伏逆变器,基于断续脉宽调制(discontinuous pulse width modulation, DPWM)并通过选择特定矢量进行钳位控制的方法,存在矢量分解计算时间长、注入共模电压分量和漏电流过大等不足。对此,提出了一种基于I-DPWM的三电平中点钳位光伏逆变器漏电流抑制方法。通过计算各类DPWM等效调制波来解析注入的低频共模电压分量。针对低频共模电压分量最小的DPWM1,在低频共模电压不连续点注入新的零序分量,通过减小低频共模电压来抑制漏电流幅值。同时,采用载波实现DPWM,免去了复杂的矢量运算。最后,在Matlab/Simulink平台建立了20 kW三电平中点钳位光伏逆变器的仿真模型,同时结合所设计的125 W实验样机验证了所提方法的有效性。     

VIENNA整流器中点电位振荡抑制与平衡控制研究

VIENNA整流器具有结构简单、单位功率因数运行、谐波小等优点,但中点电位不平衡及振荡问题不仅降低电容寿命和系统可靠性,而且会导致电能质量差,甚至造成系统崩溃。为此,提出一种新型中点电位振荡抑制与平衡控制的调制方法。首先根据空间矢量等效原理简化零序分量注入调制,分析开关状态对中点电位影响并计算中点电位补偿系数,动态补偿注入的零序分量,最终实现中点电位振荡快速抑制。该方法不仅能够实现中点电位振荡的抑制和平衡控制,而且三相输入电流含有较低谐波。仿真与实验均验证了所提算法的可行性与有效性。     

Vienna整流器滑模直接功率及中点电位平衡控制策略

根据Vienna整流器的工作原理,建立基于开关函数的功率数学模型,在此基础上设计新型滑模直接功率控制策略,详细推导该控制算法,并给出具体设计过程;另外针对Vienna整流器存在中点电位波动和传统空间矢量调制计算繁琐等问题,提出基于载波调制的等效空间矢量调制算法,通过在载波调制中加入零序分量来等效空间矢量调制策略,同时在零序分量中加入平衡因子来控制中点电位平衡。滑模直接功率算法与等效空间矢量调制技术相结合可以实现开关定频和中点电位平衡,同时降低开关损耗,使Vienna整流器工作在近似单位功率因数下。最后搭建实验平台进行实验验证,结果表明:基于新型滑模直接功率控制策略和等效空间矢量调制算法相结合的Vienna整流器具有较好的鲁棒性和动态性能。     

基于三电平SVPWM调制的Vienna整流器中点电压均衡控制

Vienna整流器的中点电压振荡问题会造成直流侧电容电压分布不均,导致交流侧输入电流波形畸变,开关器件承受电压不一致而损坏等问题。针对Vienna整流器中点电压不平衡的问题,研究了三电平空间矢量调制对Vienna整流器中点电压产生的影响。首先介绍了Vienna整流器的工作原理,然后分析了空间矢量对中点电压的影响,并基于SVPWM调制提出了一种中点电压波动的抑制策略。最后,搭建了15 kW实验样机,验证了所提控制策略的有效性,解决了中点电压不平衡的问题,明显改善了输入电流波形质量。     

并联三电平光伏并网逆变器中点电压控制策略

针对光伏并网三电平逆变器并联系统的中点电位控制问题,传统的双调制波法无法保证开关周期内平均中点电流始终为零,从而无法有效消除中点电压的低频波动。为此,提出了一种基于改进双调制波法的中点电压控制策略。该策略通过对传统双调制法重构的调制波进行修正,在不影响并联系统输出电压的前提下保证平均中点电流始终为零,不仅可以实现中点电压的平衡控制而且具有良好的动态性能。实验结果验证了所提策略的可行性和有效性。     

新型三电平变流器中点电压控制策略及其可控区域

针对三电平中点钳位(neutral point clamped,NPC)变流器中点电压波动问题,分析了三电平变流器基本工作原理,提出了一种适用于任意调制策略的三电平变流器中点电压平衡策略。该策略以输出线电压满足要求为控制目标,根据中点电压的波动情况实时修正调制策略的输出开关状态。鉴于单开关周期完全可控区域的重要意义,本文分别分析了调制策略为正弦脉宽调制(sinusoidal pulse width modulation,SPWM)策略和空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)策略时新型中点电压平衡策略的单开关周期完全可控区域。理论分析和仿真结果表明,新型中点电压平衡策略具有普遍适用、实现简单的优点,其单开关周期完全可控区域受调制策略、调制度、运行时间和功率因数的影响。