三电平逆变器中点电位不平衡的谐波问题分析

首先介绍了中点箝位型(NPC)三电平逆变器载波脉宽调制(CBPWM)策略,并建立一种同相层叠脉宽调制(PDPWM)策略在中点电位不平衡时等效的调制波数学模型,推导了各次谐波含量的计算公式。提出了一种不对称载波移位脉宽调制(ASPDPWM)策略,可以在中点电位偏移时输出正确的PWM序列,有效地抑制逆变器输出的低频谐波含量,并在此基础上改进了提高电压利用率的方法。在实验室搭建三电平仿真和实验平台,通过阻感性实验验证了ASPDPWM策略能够有效降低低频谐波以及谐波计算方法的可行性。     

基于双调制波技术的三电平Z源逆变器中点电位平衡控制

传统中点箝位型三电平Z源逆变器多为双直流电源结构,针对单直流电源电容分压式拓扑,介绍两种直通状态与中点电位的关系,分析双调制波载波脉宽调制(Double Modulation Wave carrier-based PWM,DMWPWM)原理,提出一种基于DMWPWM的三电平Z源逆变器中点电位平衡控制方法。通过合理设计直通状态的插入位置,动态调节中间电压调制波,对中点电位进行反馈控制,在消除中点电位低频波动的同时有效抑制中点电位直流偏移,且不会增加逆变器开关损耗。仿真分析验证了所提出中点电位平衡控制方法的优越性。     

基于双调制波技术的三电平Z源逆变器中点电位平衡控制

传统中点箝位型三电平Z源逆变器多为双直流电源结构,针对单直流电源电容分压式拓扑,介绍两种直通状态与中点电位的关系,分析双调制波载波脉宽调制(Double Modulation Wavecarrier-based PWM,DMWPWM)原理,提出一种基于DMWPWM的三电平Z源逆变器中点电位平衡控制方法。通过合理设计直通状态的插入位置,动态调节中间电压调制波,对中点电位进行反馈控制,在消除中点电位低频波动的同时有效抑制中点电位直流偏移,且不会增加逆变器开关损耗。仿真分析验证了所提出中点电位平衡控制方法的优越性。     

三电平NPC逆变器中点电位平衡的软件算法

中点电位平衡问题是三电平NPC逆变器的一个固有问题.介绍了三电平NPC逆变器的重要的中点电位平衡控制方法.基于空间矢量PWM法介绍了适用于普通调制和适用于高调制系数的方案.基于注入零序电压的载波调制法介绍了一种全面、准确的控制方案和针对GTO的最小开通时间的控制方案.最后介绍了与具体的PWM调制模式分离的一种新型的滞环控制法.     

一种具有中点平衡能力的双矢量调制策略

直流侧电容电压不平衡是二极管中点箝位型(NPC)或T型三电平逆变器的固有问题,这里提出一种双矢量调制策略,不但具有完全中点电位平衡能力,且在一定工作区间内还可降低开关损耗。此处首先介绍三电平矢量图的区间划分方法;接着提出双矢量的合成思想并定量分析其中点平衡机理;在此基础上进一步推导出这里所提矢量调制策略的载波实现方法,以便于工程应用;最后,通过仿真和实验验证了这里所提调制策略的可行性和有效性。     

基于调制波分解的中点钳位型三电平逆变器的混合调制策略

对于中点钳位型三电平逆变器，传统的载波脉宽调制在高调制度低功率因数下中点电压会发生三倍频波动，而虚拟空间矢量调制虽然能实现中点电压无条件平衡，却存在开关损耗高的问题。针对上述问题，基于调制波分解的多约束目标的协调，提出一种适用于中点钳位型三电平逆变器的混合调制策略。该调制策略采用双调制波单载波比较的方式实现，分析开关次数和中点电压无条件平衡的两类约束，为了在确保中点电压平衡的条件下降低开关损耗，提出上述两类约束的混合调制策略。在此基础上，探讨两种约束下的中点电压主动控制方法。另外，还对比了混合调制策略与其他调制策略的性能指标。混合调制策略可以在全调制度全功率因数下实现中点电压平衡，且相比虚拟空间矢量调制开关损耗有所降低，实验结果证明了其可行性和优越性。     

三电平NPC逆变器的SHEPWM和DPWM切换策略研究

三电平中性点箝位(neutral point clamped,NPC)逆变器在中压大容量场合中广泛应用。中压开关器件的开关损耗较大,开关频率较低,采用特定谐波消除脉宽调制(selective harmonic elimination PWM,SHEPWM)可消除输出电压中大部分低次谐波,提高电流波形质量。但三电平拓扑存在中点电压偏移的问题,该调制实现中点电位调节较困难。利用注入零序电压能够实现断续脉宽调制(DPWM),注入不同的零序电压会使中点电位偏移不同。提出SHEPWM和DPWM切换策略,稳态下使用SHEPWM实现高质量电流输出,出现中点偏移时再切换到不同的DPWM实现调节。结合两者优点,在维持开关频率恒定的前提下实现高质量的稳态电流和良好的中点电位调节能力。最后,搭建2.5 MW三电平NPC逆变器仿真模型,验证所提切换策略的正确性和有效性。     

载波PWM方法三电平逆变器中点电位控制研究

分析了三电平中点箝位(Neutral Point Clamping,简称NPC)逆变器的中点电位平衡问题,讨论了通过注入零序电压实现中点电位控制的载波PWM方法,并在此基础上对一种实时控制中点电位平衡的方法进行了改进,提出一种基于零序电压注入的载波交叠PWM方法.仿真及实验结果验证了该方法良好的中点电位控制能力及输出电压谐波特性.     

中点箝位型三电平逆变器空间矢量与虚拟空间矢量的混合调制方法

中点电压偏移是中点箝位型(neutral point clamped,NPC)多电平逆变器的主要缺点。空间矢量脉宽调制(space vector pulse-width modulation,SVPWM)由于算法本身的缺陷,在调制度较高且功率因数较低时,电容电压出现低频波动。虚拟空间矢量调制(virtual SVPWM, VSVPWM)方法能够在全范围内处理中点电压偏移问题,但存在开关次数较多,谐波特性较差的缺点。该文建立含电容电压的NPC三电平逆变器的PWM模型,讨论SVPWM和VSVPWM的约束条件。在特定的区域采用SVPWM,其他区域采用VSVPWM,给出了这2种调制策略的切换条件。实验结果表明,混合调制方法(hybrid PWM,HPWM)较之以前的解决方案能够更好的平衡电容电压,并且也能够有效的降低开关次数和提高逆变器输出的谐波特性。     

基于MPC的三电平NPC变流器中点电位控制策略

中点电位平衡是三电平中点钳位型(NPC)变流器研究的热点问题.针对效率优化调制策略在实际应用时受非调制因素影响导致中点电位偏移的问题,提出了基于模型预测控制(MPC)的三电平NPC变流器中点电位控制策略,通过预测两拍中点电位在效率优化策略中选择一组合适调制波,对其中点电位进行闭环控制,达到更好控制中点电位平衡的目的.通过仿真与实验验证,所提出的中点电位控制策略在保证系统效率与输出总谐波畸变率(THD)满足要求的情况下,能够实际解决由非调制因素引起的中点电位偏移的问题.     

二级式三电平逆变器不连续调制及中点电位平衡策略

针对常见的前置TL-Boost变换器的二级式三电平逆变器,为降低逆变器开关损耗,同时控制中点电位平衡,文中提出了一种空间矢量不连续调制及其中点电位平衡策略。首先设计了不连续调制算法,分析不连续调制下逆变器中点电位波动情况;然后基于电荷平衡原理,定量计算TL-Boost变换器电荷补偿量,推导变换器占空比调整量表达式,控制流经中点的总电荷量为零。通过两级系统协调控制,不仅可发挥逆变器不连续调制低开关损耗的优势,同时可实现中点电位平衡控制,降低逆变器调制策略复杂度。该控制策略适用于二级式三电平逆变器,可有效提高系统效率,同时保证输出波形质量。     

基于模糊逻辑的平衡三电平NPC逆变器中点电位的SVPWM调制方法

考虑到三电平NPC逆变器在中高压大容量工况下的运用,阐述了七段对称式SVPWM调制方法。在SVPWM调制下三电平NPC逆变器中点电位将产生波动,详细分析了中点电位波动产生的机理,以及在一个开关周期内,通过控制冗余小矢量对中点电位波动的调整能力,同时分析了不平衡负载对中点电位波动的影响。为了解决中点电位波动的问题,提出了一种基于模糊逻辑的平衡三电平NPC逆变器中点电位的SVPWM调制方法。最后通过仿真验证了该方法的有效性。     

中点箝位型三电平逆变器在空间矢量调制时中点电位的低频振荡

中点(neutral point,NP)电位偏移是中点箝位型(neutral point clamped,NPC)三电平逆变器的主要缺点。该文研究NPC三电平逆变器在空间矢量调制(space vector pulse-width modulation,SVPWM)时的NP电位低频振荡问题。通过计算电压矢量的作用时间并引入电流矢量,建立NP电位的动态模型。分析各个矢量对NP电位的影响。高频和3倍输出频率的低频相结合,构成了NP电位的振荡模式。论文推导出NP电位在单周期内可平衡的条件和1个扇区内的可平衡条件。在实验室样机上验证所提理论的有效性与正确性。     

一种N相中点钳位型三电平逆变器的PWM策略

本文研究了N相中点钳位型三电平逆变器(NPC 3LI)的调制策略和中点电压控制方法。提出一种适用于N相NPC 3LI的PWM策略——N相虚拟空间矢量脉宽调制策略(N-VSVPWM),这种PWM策略通过准确地计算和执行每相1电平占空比实现中点电压无条件平衡。一些非理想因素(如死区插入)会破坏该PWM策略的中点电压自平衡能力,因此,本文还提出基于N-VSVPWM的中点电压主动控制方法。理论分析和实验结果表明,N-VSVPWM较空间矢量脉宽调制策略(SVPWM)具有更好的中点电压控制能力,较好的谐波特性,但是开关损耗有所上升。     

基于虚拟空间矢量的三电平NPC逆变器中点电压平衡控制方法

针对三电平中点钳位逆变器在不同的负载条件下,传统的最近三矢量合成方法中点电压存在不能平衡的区域,利用基于虚拟空间矢量的调制方法,当输出三相电流之和为零时,能实现对中点电压的完全控制.为了在扇区切换时输出矢量平稳过渡,提出了在每个大区内全部采用相同首发正小矢量或负小矢量的方法.构建了三电平中点钳位型逆变器实验平台,对基于虚拟空间矢量的三电平NPC逆变器中点电压平衡控制方法的有效性进行了验证.     

考虑中点电位平衡的三电平Boost-逆变器协调控制

针对常见的二级式三电平Boost-逆变器,为降低逆变器开关损耗,同时控制中点电位平衡,提出了一种空间矢量不连续调制及其中点电位平衡策略。基于电荷平衡原理,定量计算TL-Boost变换器电荷补偿量,推导变换器占空比调整量表达式,控制流经中点的总电荷量为零。通过两级系统协调控制,不仅可以发挥逆变器不连续调制低开关损耗的优势,同时还可以实现中点电位平衡控制,降低逆变器调制策略复杂度。最后,通过仿真验证了该控制策略的有效性。     

一种具有中点电位平衡能力的两级三电平逆变器

三电平逆变器开关管应力小,开关损耗低,输出谐波小,因而在大、中功率开关电源中有广泛的应用前景,但其存在着母线电容中点偏移的固有问题,而传统中点电位平衡算法在负载参数变化时存在着不可控区域。采用双输出三电平Boost变换器作为前级,可以在保证宽范围输入电压的同时,对母线电容中点电位进行平衡。分析了传统中点电位平衡算法在负载功率不平衡时的失效问题,在此基础上利用前级三电平Boost变换器解决逆变器的中点偏移问题,给出了变换器平衡母线电容中点电位的一种控制方法,并与传统算法的效果进行对比,最后进行了仿真和实验验证。实验结果证明该方法能够很好的解决负载功率不平衡时三电平逆变器直流母线电容的中点偏移问题。     

基于载波SPWM与SVPWM混合控制的三电平逆变器中点电位平衡策略

针对空间矢量脉宽调制SVPWM(space vector pulse width modulation)在功率因数较低的情况下,失去对钳位型三电平逆变器直流母线中点电位的控制效果的问题。通过研究载波正弦脉宽调制SPWM(sinusoidal pulse width modulation)与SVPWM的本质联系,将从SVPWM调制原理出发,推导出控制中点电位所需的零序分量,构造相应的调制波,通过载波SPWM法抑制中点电位波动,从而提出一种基于载波SPWM与SVPWM混合控制的中点电位平衡策略。最后仿真结果验证了这种混合控制策略可以有效地抑制中点电位漂移。     

基于合成中矢量的三电平中点平衡调制策略

为解决中点箝位式(NPC)三电平逆变器中点电压平衡的问题,在空间电压矢量图区域划分及传统最近三矢量PWM的基础上,提出一种用相邻两小矢量等效合成中矢量的空间矢量调制方法。采用该方法,任意区间内有且仅有一个等效中心小矢量参与合成,通过调整等效中心小矢量的冗余小矢量作用时间,可动态控制或抵消小矢量对中点漂移的影响。该方法可在任意功率因数条件下,在一个单调制波周期内实现中点电位的自动平衡,且谐波含量低,开关损耗小,算法简单,但直流侧中点电位波动较大。仿真和实验结果验证了此处所提调制策略的可行性和正确性。     

NPC/H桥逆变器调制策略及其中点电位控制

以中点钳位型H(neutral point clamped H,NPC/H)桥逆变器为对象,研究该拓扑调制策略中存在的算法繁琐、直流侧电容电压波动问题。在分析了NPC/H桥五电平逆变器主电路工作原理的基础上,为简化空间矢量脉宽调制（space vector pulse width modulation,SVPWM）算法和抑制低开关频率下逆变器输出畸变,设计了一种基于g-h坐标系的三段式SVPWM算法。该算法开关状态选择灵活,具有开关损耗低、谐波性能好的特点。基于SVPWM算法,分析直流侧电容电压波动原因,根据电流方向和电容电压差,合理选择左、右桥臂的开关状态,平衡电容中点电位。搭建Simulink仿真模型,对比不同开关频率和不同调制度下逆变器输出性能,验证了三段式开关序列在低开关频率工况下的明显优势。基于以数字信号处理器和现场可编程门阵列（digital singnal processor and field-programmable gate array,DSP&FPGA）为控制器的NPC/H桥五电平逆变器实验平台,验证了三段式SVPWM策略和中点电位控制方法的有效性。