一种APF新型脉冲宽度调制方法

针对有源电力滤波器(APF)中开关损耗与开关使用寿命问题,提出一种基于不连续脉冲宽度调制(DPWM)策略的优化调制方法。该方法将零矢量作用时间优化,降低每个调制周期内功率器件的开关次数。通过DPWM_(max)与DPWM_(min)相结合来优化调制电压的选择,使功率器件处于大电流时保持箝位。该调制方法原理简单,易于理解与实现。与传统空间矢量脉冲宽度调制(SVPWM)相比,新的调制方法可在满足调制要求的前提下提高开关使用寿命并降低开关损耗。仿真与实验结果验证了该调制策略的有效性。     

考虑谐波特性和中点电位平衡的Vienna整流器改进断续脉宽调制策略

Vienna整流器在以高功率密度为设计目标的场合中,应用十分广泛。且Vienna整流器通常运行在较高的开关频率下,因此减小开关损耗,降低装置的发热,十分有必要。断续脉宽调制(DPWM)可以降低开关损耗,本文研究了一种适用于Vienna整流器的具有最大开关损耗降低效果的DPWM方法。为改善DPWM相对于SPWM和SVPWM方法谐波特性较差的缺点,提出了一种适用于Vienna整流器的改善谐波特性的改进DPWM方法。该方法通过对子扇区注入的零序分量进行修正,改善了三相电流的谐波特性。为针对三电平拓扑固有的中点电位不平衡问题,提出了DPWM方法的中点电位平衡控制策略。最后,通过仿真和实验验证了本文提出的调制方法和中点电位平衡控制策略的有效性,对不同调制方法 Vienna整流器的工作效率和电流THD进行了比较。     

考虑中点电位平衡的三电平逆变器断续脉宽调制策略研究

在大功率逆变器中采用断续脉宽调制(discontinuos pulse width modulation,DPWM)可实现开关损耗不变的前提下,有效提高逆变器等效开关频率,提高系统控制性能,降低滤波器的设计难度。但三电平DPWM中点平衡控制尚未有很好的解决方案。该文以三电平DPWM1为例,分析基于空间矢量脉冲宽度调制的三电平DPWM1实现方法。借鉴连续调制的中点平衡控制方法定量分析三电平DPWM1及其冗余矢量序列(DPWM3)对中点电位的影响。文中提出一种基于DPWM1和DPWM3混合调制策略,该调制策略能有效控制中点电位平衡,在中点电位调节期间开关频率基本不变,两种调制算法的切换采用滞环方式,切换时选择两种调制算法每个小扇区中的共同矢量作为切换矢量,减小切换造成的额外开关动作。最后,仿真和实验结果验证所提的调制策略的有效性。     

一种改进的三电平变流器不连续调制策略

针对传统的非连续脉宽调制(DPWM)策略共模电压较高的缺点,提出了一种改进的调制策略,该策略可以同时达到减小开关损耗、降低共模电压和消除中点电压直流偏移的目的,该调制策略被称为改进的降低共模电压的DPWM(RCMV-DPWM)策略。首先分析了中点箝位型三电平变流器(NPC TLC)的空间矢量图,通过弃用某些基本矢量实现减小共模电压;为了消除中点电压直流偏移和降低开关损耗,在综合运用最近相邻三矢量和非最近相邻三矢量的矢量合成原则下,详细分析了各种箝位模式存在的可能性,选择恰当的箝位模式实现对中点电压的控制。同时分析了RCMV-DPWM对中点电压的控制能力,并与其他PWM策略进行了比较。最后,通过实验验证了RCMV-DPWM的可行性和优越性。     

一种全范围内中点电压平衡的中点钳位型三电平变换器的扩展非连续脉宽调制策略

在中点钳位型三电平变换器(neutralpointclamped three-levelconverter,NPCTLC)中,非连续脉宽调制方法(discontinuous pulse width modulation,DPWM)可有效降低开关损耗,但在中点电压平衡控制上存在不足。提出一种由传统DPWM模式(convention DPWM mode,C_MODE)和扩展DPWM模式(extended DPWM mode,E_MODE)组合的混合调制策略,称之为扩展的非连续脉宽调制方法(extended discontinuous pulse width modulation,EDPWM)。C_MODE和E_MODE在控制中点电压平衡方面具有很好的互补性。EDPWM可在全调制度全功率因数范围内实现中点电压平衡。由于C_MODE和E_MODE在一个开关周期内的开关次数分别为2次和3次,使得EDPWM在很好地控制中点电压的前提下,能兼顾开关损耗。对多种调制策略在开关损耗及中点电压控制能力等方面进行对比;通过实验验证EDPWM的可行性和优越性。     

基于功率因数自适应的城轨辅助逆变器DPWM控制策略

随着轨道交通的快速发展,辅助电源轻量化需求日益迫切。传统不连续脉宽调制(discontinuouspulsewidth modulation,DPWM)控制因其开关管不工作区域固定,在任意负载功率因数下,无法实现开关管在电流最大区域处不动作。该文提出基于功率因数自适应的DPWM控制技术(power factor adaptation DPWM,PFA-DPWM),保证开关管在电流最大1/3周期内不动作,实现开关管最小开关损耗,提升城轨辅助逆变器的效率和谐波性能。该文首先建立连续与不连续空间矢量调制的统一数学模型;接着提出负载功率因数的实时检测算法,建立PFA-DPWM统一数学模型;然后对不同类型DPWM进行开关损耗和谐波性能的理论分析和对比;功率因数角φ在[-π/6,π/6]时,PFA-DPWM控制策略的开关损耗相比于连续调制模式减小了50%。最后,通过仿真和试验结果验证了PFA-DPWM在控制策略开关损耗和谐波性能方面的优越性,以及其可行性和实用性。     

一种适用于三电平逆变器的协调控制策略

针对中点箝位型三电平逆变器(NPC TLI)的中点电压和开关损耗问题,这里提出了一种适用于全调制度和全功率因数的多目标协调控制策略。TLI具有电流谐波小、开关应力低等优点,被广泛应用于中压大功率领域。首先,分析了TLI的工作原理和基于载波的非连续脉宽调制(CB_DPWM)策略;其次,介绍了非连续脉宽调制(DPWM)策略的9种箝位模式及其对应的中点电流和开关损耗评价函数,提出了最小中点电压(NPV)波动和最小开关损耗的调制策略;再次,将两种调制策略进行函数化和归一化处理,建立了多目标协调控制函数模型;最后,通过实验验证了所提策略的可行性。     

三相静止坐标系不连续PWM实现方法研究

传统空间矢量脉宽调制(SVPWM)是一种连续的脉宽调制(PWM),开关次数多、损耗大,大大降低了系统效率,同时需要进行坐标变换,数字化实现复杂,对硬件要求很高。通过对SVPWM原理深入分析,提出了一种基于三相静止a,b,c坐标系来实现不连续PWM(DPWM)的方法,该方法可有效降低开关损耗,提高系统效率,与传统调制实现方法相比,避免3/2坐标变换,简化了数字实现,具有一定工程意义,仿真和实验结果表明了提出的a,b,c坐标系DPWM实现方法的可行性和有效性。     

考虑零序环流抑制的两台并联变流器不连续脉宽调制算法统一调制理论的研究

针对两台并联变流器交错载波下6种传统不连续脉宽调制(discontinuous pulse width modulation,DPWM)算法引入过大零序环流的问题,文中深入讨论传统DPWM与交错载波、零序环流峰值之间的耦合机理,揭示6种传统DPWM在交错载波框架下共用两个矢量序列数据库这一关键点。为此,进一步提出统一的修正矩阵,通过对传统DPWM的调制波及其开关动作规律进行修正,替换传统DPWM矢量序列数据库中较大零序环流的矢量组合,得到6种改进型不连续调制算法。另外,提出改进型DPWM算法的统一调制策略,该策略可通过灵活地选择共模注入系数,便捷地在6种改进型算法中切换。理论分析和实验结果表明:改进型DPWM仅抑制零序环流,并未影响传统DPWM优良的电流品质和开关损耗特性。     

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。     

一种高效VIENNA整流器断续调制方法

为降低三相三开关三电平VIENNA整流器的开关损耗,在分析整流器模型并讨论其调制技术和控制的基础上,提出了VIENNA整流器断续调制技术.该方法通过减少整流器最大电流相的开关次数,从而提高系统效率.为了进一步平衡中点电位、有效抑制中点电位的波动,在断续调制的基础上继而给出了一种针对角度的控制策略,并给出对应的调制方法以及控制器,最后通过仿真和实验对结论进行了验证.     

三电平变流器低开关损耗调制算法研究

随着工业应用对大功率电力电子设备性能要求的提高,变流设备开关频率升高导致开关损耗增大。研究了三电平变流器低开关损耗调制算法,通过预先设定合理的脉冲序列并根据序列对中点电位的影响将其分类为P型和N型序列,根据中点电位偏移情况控制两类序列的柔和切换,从而实现中点电位平衡和降低开关损耗的目标。预设的脉冲序列在一个采样周期只有4次开关动作,可减少开关损耗约1/3。另一方面,在部分扇区内,通过选择冗余序列实现大电流箝位以进一步减小开关损耗。实验结果证明了算法对中点电位平衡控制及其减少开关损耗的有效性。     

一种采用无损有源箝位辅助电路的软开关高频链DC-AC变换器

提出一种采用无损有源箝位辅助电路的移相脉宽调制(phase shifted pulse width modulation,PSPWM)高频链DC-AC变换器。相比于当前的两级逆变技术,该变换器实现了单级功率变换,省去了两级逆变器中的DC-DC变换器,减小了变换器复杂度。该变换器采用双极性PSPWM调制,输出电压的总谐波失真(total harmonic distortion,THD)较低。在目前技术中,双向开关管在双极性调制下较难实现软开关。提出一种无损有源箝位电路,箝位变压器和双向开关管两端电压,实现了双向开关管的软开关,提高了变换器效率。分析该变换器的调制方法、工作模态及变换器软开关过程,通过搭建一台200W的实验样机,验证理论分析的正确性。实验结果显示,提出的变换器的峰值效率可达92.25%,输出电压THD在0.02~20k Hz宽范围内均低于0.22%。     

改进的中点钳位型三电平逆变器非连续脉宽调制策略

为了降低开关损耗,非连续脉宽调制(DPWM)方法被广泛应用于中点钳位型三电平逆变器(NPC-TLI),但是DPWM在中点电压的控制上表现了某些不足。为了减少NPC-TLI的开关损耗并同时控制中点电压,文中采用切换钳位模式来实现对中点电压的有效控制。为了避免在切换钳位模式时引入附加开关动作,提出了一种可实现钳位模式无缝切换的改进的脉宽序列的DPWM策略。通过仿真和实验,对所提策略、传统DPWM和现有优化DPWM算法进行了比较。理论分析和实验结果均表明,所提策略具有良好的中点电压控制能力以及开关损耗降低能力。     

电机大范围调速的综合电压调制策略

针对电动汽车要求驱动电机具有大范围调速要求和目前任何单种基本调制方式都无法做到全调制比范围内性能最优的问题,提出了一种综合的调制策略:在低调制比阶段使用传统的SVPWM策略,在高调制比阶段使用DPWM策略,并提出一种基于零矢量分配的过渡策略,使得两种调制方式可以平滑的过渡。这种方法使得电压波形质量,开关损耗以及电压线性范围得到优化。最后,搭建了基于Simulink的仿真模型,结果表明提出的方法可提高大范围调速电机的运行效率,为系统的高效运行提供了有效途径。     

一种实现VIENNA整流器开关损耗降低和中点电压平衡的新型不连续PWM策略

Vienna整流器是一种能量单向流动的升压型整流器,被广泛应用到风力发电机系统、通信电源以及电动汽车等场合。为了减少Vienna整流器的开关损耗,通常使用非连续脉宽调制(discontinuous pulse width modulation,DPWM),但这会导致中点电压产生直流偏移和交流纹波。文中提出一种新型适用于Vienna整流器的基于载波的DPWM(carri-erbased DPWM,CB＿DPWM)方法以减少开关损耗,并选择合适的钳位模式控制中点电压。为了避免在更改钳位模式时发生多余的开关动作,还采用一种改进的脉冲序列方法。综合对比传统的DPWM及所提出的CB＿DPWM在开关损耗和中点电压纹波方面的性能。实验结果表明,CB＿DPWM具有良好的中点电压控制能力,能有效降低开关损耗。     

基于DMWPWM的三电平NPC变频器改进效率优化调制策略

针对双调制波载波调制策略(DMWPWM)开关损耗大、效率低的问题,提出了效率优化调制策略,对效率优化策略的调制波解析式进行优化,得到基于DMWPWM的三电平中点钳位(NPC)变流器改进效率优化调制策略.通过引入奇数周期DMWPWM策略+偶数周期DMWPWM策略构成改进效率优化调制策略,推导该调制策略调制波的解析式,并使调制波尽量为其最值来减少开关动作、降低系统开关损耗,该策略可兼顾系统效率同时实现中点电位平衡.通过仿真与实验证明,该策略在10％～100％负载时的系统效率比DMWPWM提高0.3％～0.5％左右,说明改进效率优化策略的可行性.     

基于不连续调制的单相LC逆变器控制策略研究

为了降低单相逆变器的开关损耗,提高逆变器效率与功率密度,以单相全桥LC型逆变器为研究对象,基于统一调制法提出一种不连续调制策略,在保持两相差模调制信号不变的前提下,通过调整共模调制信号,实现a相桥臂与b相桥臂的开关器件处于交替不动作的状态,从而降低了开关损耗。然后在建立单相全桥LC型逆变器数学模型的基础上,利用幅频特性曲线,对单环路比例-谐振(PR)控制器的参数设计方法展开研究,实现在输入电压扰动与负载电流扰动下,逆变器输出电压对给定电压的精确跟踪。最后进行实验验证,实验结果表明,与传统单极性调制策略相比,所提单相不连续调制策略能够有效降低功率器件的开关损耗,同时所设计的单环路PR控制器能够实现高品质、高精度的电压输出。     

光伏逆变器电流畸变的自适应抑制设计研究

借助新型的开关支路低频调制的方式可以有效降低光伏逆变器的开关损耗，但会导致输出电流总谐波失真度(THD)的增大，从而恶化逆变器的输出性能。为此，提出了一种光伏逆变器的自适应电流畸变抑制调制策略，仅在过零点时使用传统高频脉宽调制(PWM)，而在其他区段自适应切换至降损开关支路低频PWM调制，从而在降低光伏逆变器开关损耗的同时实现低THD的输出效果。以T型逆变拓扑为例，介绍了两种PWM调制策略的工作原理，对提出的光伏逆变器的自适应电流畸变抑制调制策略进行了分析，通过仿真和样机实验对所提出的自适应电流畸变抑制调制策略进行验证。实验结果表明所提出的方案可以获得低开关损耗，同时有效抑制光伏逆变器的输出电流畸变。     

单开关辅助换流的箝位谐振直流环节逆变器

为进一步提高逆变器的工作效率并简化其控制方式,提出一种新型箝位谐振直流环节软开关逆变器。箝位电路由箝位电源和二极管组成。辅助谐振电路由单独开关实现控制,当逆变器主开关需要切换时直流母线电压下降到零,逆变器的主开关与辅助开关均可实现软开关。根据各阶段等效电路,分别分析了逆变器的工作原理,组建一台2 kW实验样机。由实验结果知,该新型逆变器的主开关和辅助开关在操作过程中均可实现软开关,可有效降低开关损耗并提高效率。