多电平PWM逆变电路谐波分析与输出滤波器设计

在中压大容量变频驱动装置中，为解决电力电子器件耐压问题，基于PWM控制的多电平逆变技术得到广泛应用。这种中压变频器输出电压为多电平PWM脉冲波形，目前对其谐波还没有完善的理论分析。为避免高次谐波对电机的影响，有些用户要求为变频器设置输出滤波器。由于中压变频器容量较大，为滤波器设计带来一些新的问题。该文在大量仿真数据的基础上，总结出多电平PWM波形的谐波特点，为滤波器设计提供了理论依据。以此为基础，综合考虑基波压降、有功损耗、电流谐波和谐振等问题，推导出适合于中压大功率变频器输出5滤波器参数选取的简化公式，并通过实验予以验证。     

基于多电平变换逆变电路的拓扑分析

多电平变换逆变电路是一种新的、用于“清洁电力电子装置”的变换电路。本文指出实现多电平变换逆变电路的关键问题之一是电平钳位,并以此为依据将现有的多电平电路拓扑结构进行了分类。文中分析了基于“二极管或电容钳位”和“使用独立直流电源钳位”的两类典型多电平路拓扑结构的优缺点,并在现有的“混合单元多电平逆变电路”单元结构基础上提出了一种新的、使用不同电压比的控制方式。     

一种基于混合单元的新型串级逆变电路

串级逆变电路是在高压在功率电力电子变换器中应用较多的一种变换电源。作为这种电路的改进，基于“混合单元”的串级逆为电路在近几年得到了发展。在现有的串级逆变电路拓扑的基础上对混合单元型串级逆为电路进行了理论分析，提出并试验验证了采用电压比为：（1：3：9）的混合单元串级逆变电路，实现了了多达27电平的正弦波形输出。     

基于混合频率载波调制的多电平 PWM控制策略研究

混合多电平功率变换电路因在输出电压电平数相同的情况下采用的级联单元较少而受到关注。但由于其控制算法并未作相应扩展，影响了该电路的实用化。该文在分析混合七电平逆变电路工作原理的基础上，提出了一种适合混合功率单元的混合频率载波PWM调制法。与现有控制算法相比，该方法可使混合功率变换电路的各基本单元都参与PWM调制，避免了低压单元的电流倒灌问题。基于该控制策略给出了各基本单元驱动信号的生成方法，并在研制的混合七电平变频实验装置上实现了该控制算法。     

电压型逆变电路控制方法的分析

介绍了逆变电路的几种控制方法,通过对电压型逆变电路全桥和半桥结构进行对比,分析了两种逆变电路的原理和特点,为逆变电路的实际应用提供了理论依据。     

单相PWM逆变电路的两种仿真模型建立

在多数逆变电路的仿真中,通常都是直接采用Matlab提供的PWM发生器,建立逆变电路的仿真模型,很少根据PWM产生的机理,建立PWM发生器的数学模型。对单相桥式逆变电路进行仿真时,建立PWM发生器的仿真模型并和Matlab下提供的PWM发生器的仿真模型进行比较,仿真结果表明,根据PWM产生的原理建立的PWM发生器仿真模型的正确性,为PWM产生模型的建立提供了更广阔的选择空间。     

单元串联多电平逆变器PWM方法比较研究

探讨了几种现有的多电平逆变器的脉冲宽度调制PWM(Pulse Width Modulation)方法,提出了一种多电平最优空间矢量方法,该方法通过选取最优空间矢量确定三相最佳电平组合,得到三相电压实际电平值,从而生成三相PWM控制模式。并与现有的PWM方法进行了比较。仿真结果说明多电平最优空间矢量方法具有开关频率低、总谐波含量低的优点。     

混合七电平逆变器的变频调速PWM控制策略

该文提出了基于参考电压分解的多电平直接PWM算法,分析并给出了该直接PWM算法在混合七电平逆变器中的应用方法,给出了主逆变器及辅助逆变器开关频率与控制频率的关系;通过仿真对混合七电平逆变器的直流电压平衡问题进行了研究,得到了不会出现直流电压不平衡的PWM开关模式;分析并提出了一种适用于混合七电平逆变器的改进的死区效应补偿方法,研制了一台基于混合七电平逆变器的交流380V变频调速实验样机.实验结果验证了混合七电平直接PWM算法及改进的死区补偿方法的有效性和正确性.     

三相混合钳位五电平PWM整流器的研究

二极管钳位型多电平PWM整流器由于其诸多优势得到广泛的研究与应用,但直流母线电容电压不均衡问题将其应用一直局限于三电平拓扑。针对这一问题,采用一种混合钳位五电平拓扑应用于PWM整流器,分析该整流器在特有的交替混合PWM调制方式下的电路工作模态,开关电容电路等效电容的计算及适用于该变换器的双环控制算法。实验结果表明,该五电平整流器实现了直流母线电容电压的均衡与稳定,有效抑制了交流侧输入电流的畸变,实现了功率因数校正。     

混合H桥级联逆变器的优化调制

两路电压比为1∶2的H桥混合级联结构可实现七电平的输出,有助于提高逆变器的功率密度。在采用多层载波层叠的调制方法下,低压单元一个桥臂开关管工作在高频,另一桥臂开关管工作在低频,两个桥臂开关管热量分布不均导致系统寿命/可靠性降低。提出一种优化调制策略,在保证输出特性和效率不变的情况下,使两个单元的开关管最高工作频率降低为原来的1/2,同时每个单元的四个开关管工作应力相同,有助于提高系统寿命/可靠性。最后通过仿真和实验验证了优化调制策略的可行性和有效性。     

多电平逆变器多载波PWM调制策略的研究

介绍了多电平逆变器的思想,对多电平逆变器不同的拓扑结构进行了比较,研究和分析了用于多电平逆变器不同的多载波PWM调制策略.通过对未滤波的逆变器输出电压的谐波分析,对不同调制方法在线性调制区的谐波特性进行了比较.同时,也提出了一种混合的调制策略.分析了不同调制策略在不同的电平数下所具有的特性.讨论了逆变器电平数的增加对于输出电压频谱的影响,也研究了过调制对于输出电压频谱的影响.     

载波交叠特性PWM方法在飞跨电容多电平逆变器中的应用研究

研究了具有载波交叠特性的PWM方法在飞跨电容多电平逆变器中的应用。载波交叠PWM方法具有优化开关利用率，使得开关损耗平均化的特性。经过详细分析，推出在飞跨电容型多电平逆变器中载波交叠特性不能导致飞跨电容的电压平衡。为了应用载波交叠特性，该文提出一种能保证飞跨电容电压平衡的新型PWM方法，并通过实验证明新型PWM方法在三电平飞跨电容型逆变器中的有效性。     

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。     

基于FPGA的级联逆变器直接PWM发生器

为实现中高压变频装置在风机、水泵等应用场合的调速控制,研制了基于现场可编程门阵列(FPGA)实现的多电平直接脉宽调制(PWM)脉冲发生器.该脉冲发生器通过总线与主控制器实现数据交换,接收参考电压采样数据,返回功率单元的状态信息,以模块化方式设计实现PWM脉冲输出.介绍了该脉冲发生器的基本原理、软硬件构成和实现,给出了试验的线电压波形和频谱分析结果.试验结果表明,脉冲发生器脉宽精度高,运行可靠,输出线电压的总谐波畸变率小于3%.     

双向潮流固态限流器的控制策略与试验

提出了变压器耦合三相桥式固态限流器在双向潮流情况下的控制策略,并在模型试验系统上进行了试验验证,证实了所提出的控制策略能够确保固态限流器在正常启动、运行以及故障限流情况下都有良好的控制性能和限流效果;同时对固态限流器在双侧电源场合下可能存在启动时间过长及其控制系统的抗干扰问题也进行了较为深入的分析,并提出了相应的有效解决措施.     

大容量链式STATCOM150Hz优化PWM控制策略的研究

正在研制的±50Mvar链式静止无功发生器(Cascade STATCOM)主开关管将采用集成门极换向晶闸管(IGCT),受其开关频率限制,主逆变器的调制方式选择范围有限.本文研究大容量链式STATCOM的150Hz优化脉宽调制策略,给出了150Hz优化PWM控制的基本算法及性能的理论分析.针对链式逆变器特有的直流电容电压不平衡问题,研究了脉冲循环换位机制在直流电容电压平衡控制方面的性能.在±18kvar链式STATCOM的原理样机上实现了本文设计的150Hz优化PWM控制,实验结果表明这种控制策略能够符合工程设计要求.     

高压大功率三电平逆变器主电路改进与脉宽调制安全稳定关键技术

高压大功率三电平逆变器在主电路结构、脉宽控制以及安全运行机制方面存在一些新问题需要解决,唯有在多学科(电力电子技术、智能技术)交叉中,对主电路、脉宽控制理论进行完善和创新,才能推动该项技术更好的向前发展。本文结合已有的成果,以设计新型三电平拓扑电路为重点,以提高三电平脉宽调制安全稳定性能为核心,对其中的关键技术问题展开研究,揭示问题产生机理,并提供解决办法,为最大限度提高三电平逆变器输出容量、控制性能以及系统安全稳定性奠定理论与应用基础。     

Theoretical Analysis of Harmonics in PWM Output Waveform of Multilevel Inverters

Multilevel inverters have very attractive features, such as lower harmonics in the output, lower EMI, and reduction of the required voltage rating of power semiconductor devices. Among them, lower harmonics in the output can reduce the volume of the output harmonic filter and additional losses caused by the harmonics. Therefore, multilevel inverters are expected to realize higher power density and higher efficiency. In this paper, as a basis of the quantitative investigation of these features, the harmonics in the PWM output voltage of multilevel inverters are analyzed theoretically. As an application of the theoretical results, the usefulness of the theoretical results is verified by the prediction of the harmonic contents of the load current.     

随机频率PWM逆变器的分析设计

应用随机PWM方法可以使逆变器的输出电压频谱呈连续分布而不影响基波分量,这样由逆变器供电的电动机的声学噪声和机械振动就会大大减小。然而,由于RPWM机理的分析和设计对于一般工程师来讲是比较繁琐的,这就限制了RPWM的应用。本文提出了一种用于驱动感应电机的随机频率PWM逆变器,并给出了可实现的设计程序。首先,直观分析了随机信号对逆变器输出电压频谱的影响,其次,进行了相关的量化设计,最后,采用SIMULINK仿真和实验的手段对整个系统进行了分析。仿真和实验结果表明本文提出的RFPWM设计方案中,逆变器输出电压的频谱是均匀随机分布的,而且声学噪声和机械振动都得到有效抑制。