单相Z源三电平中点钳位逆变器空间矢量调制方法

研究了一种单相Z源三电平中点钳位（NPC）逆变器。提出了一种适用于该单相Z源三电平NPC逆变器的空间矢量脉宽调制（SVPWM）方法,实现了逆变器的升压输出。根据负载电流方向和直流侧分压电容电压偏差的大小,通过调整正负小矢量的作用时间,实现了直流侧分压电容中点电位的平衡控制。仿真结果验证了该单相Z源三电平逆变器及其空间矢量调制方法的有效性。     

基于简化SVPWM的Z源三电平逆变器中点电位控制方法

针对Z源中点钳位型(NPC)三电平逆变器存在中点电位不平衡问题,在分析中点电位平衡控制机理的基础上,基于简化的三电平空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术,提出一种有利于直通信号注入的中点平衡控制方法。该算法通过推导直通占空比、调制比以及平衡因子之间的关系,得到平衡因子的最优解,并实现Z源网络的恒压输出。所提中点平衡控制方法有效抑制了Z源NPC三电平逆变器的中点电位波动,易于实现Z源网络的升压控制,且控制算法简单。仿真及实验结果验证了该方法的有效性。     

基于开关电感的增强型Z源三电平逆变器

分析了基于空间矢量脉宽调制(SVPWM)的常规单z源三电平中点钳位(NPC)逆变器的升压能力,指出若直通矢量作用时间不超过某一有效矢量的作用时间,则逆变器的电压增益最大值仅为1.15,不具备升压能力。对SVPWM方法作出修改,使电压增益与z源两电平逆变器的相同。为了进一步提高升压能力,提出一种增强型z源网络,直流母线的正端和负端各引入1个开关电感(SL)单元,不仅提高电压增益,而且在相同电压增益的条件下降低了在z源网络电容的电压应力,还能实现中点电位平衡。在此基础上又提出了升压能力更强的多单元开关电感增强型z源网络。仿真结果表明,改进SVPWM方法和新型拓扑对提高z源三电平NPC逆变器的升压能力十分有效。     

基于SPWM的Z源三电平逆变器升压与中点平衡控制

Z源三电平逆变器通过注入直通状态可实现Z源三电平逆变器升压功能,但现有文献并没有考虑中点电位不平衡问题。为此,提出一种基于SPWM的方法来实现Z源三电平升压和中点平衡控制。首先通过注入直通状态实现升压控制,然后在此基础上,通过增加前馈改变直通占空比的方法实现了中点平衡控制。该方法不会增加Z源T型三电平逆变器的开关损耗,仿真和实验验证了所提方法的正确性。     

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。     

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。     

改进型准Z源三电平逆变器建模分析

针对传统Z源逆变器(Z-source inverter, ZSI)电容电压应力大和升压能力不足等缺陷,提出了一种改进型准Z源逆变器(quasi ZSI, QZSI)拓扑结构。首先,对改进型Z源三电平逆变器的稳态工作原理进行深入分析,得到直流链输出电压和电容电压表达式,并与传统Z源三电平逆变器进行对比。理论推导出改进型Z源网络的无源参数,结合改进简单升压控制策略,说明改进型Z源逆变器整体升压能力。最后,通过在Matlab软件仿真和硬件平台上实验结果验证了改进型Z源逆变器具有良好的升压能力,降低电容电压应力以及抑制启动冲击效果。相比于传统的Z源逆变器,提出的改进型Z源逆变器具有电容电压的应力更小、输出电压的升压更高、电感电流的冲击更小等优点。     

三电平逆变器简化SVPWM策略及其误差电流分析

对于三电平逆变器,传统的空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)方法需要进行大量的三角函数计算及参考矢量扇区判定,增加了控制器的运算时间,若考虑中点电位平衡的问题,算法复杂度将进一步增加,另外,目前缺乏简单有效的对不同SVPWM策略下逆变器输出波形质量的评价方法。为此,在60°坐标系SVPWM策略基础上,提出一种采用二分法的简化调制策略,该策略通过二分法快速搜索参考矢量所在位置,通过动态调整冗余小矢量作用时间,控制流经逆变器中线电流,从而实现中点电位平衡控制;最后基于矢量法对SVPWM策略下三电平逆变器输出误差电流进行了分析。仿真结果表明,该SVPWM策略避免了三角函数计算,较60°坐标系SVPWM策略运算时间也有所降低,并可实现精细化中点电位平衡控制。     

不对称Z源逆变器的中点电位控制方法

针对不对称三电平4桥臂Z源逆变器拓扑结构,通过分析直流侧中点电位偏移问题,特别是不对称三电平拓扑结构的逆变器在进行空间矢量调制时因开关矢量缺失,无法通过冗余矢量进行中点电位控制的问题,根据Z源特有的上、下直通状态对中点电位的影响,并结合比例积分控制,提出了一种中点电位平衡控制策略,通过控制Z源上、下直通时间,在实现直流升压的同时有效抑制了中点电位的偏移。仿真验证了该方法的可行性和有效性。     

三相电压型准Z源逆变器电路拓扑和调制策略

准Z源逆变器具有宽范围升压能力,适用于光伏风力等可再生能源发电。从拓扑和调制策略两方面详述了三相电压型准Z源逆变器的发展与现状,并获得了重要结论。其电路拓扑包括基本型、强升压能力改进型、低电压应力改进型和能量存储型4类,其中强升压能力改进型又分为单阻抗网络和级联阻抗网络2类,给出了电压应力、升压能力等特性比较;低电压应力改进型包括三相三电平中点钳位、级联多电平和级联Trans等。调制策略有正弦脉宽调制SPWM(sinusoidal pulse width modulation)、改进空间矢量脉宽调制SVPWM(space vector pulse width modulation)和消除共模漏电流改进脉宽调制PWM(pulse width modulation)3类,给出了调制系数、电压应力特性比较。     

Z源NPC三电平变换器恒功率并网控制策略研究

Z源中点钳位式(NPC)三电平变换器把逆变和升压两种环节结合在一起,结构简单、工作效率高,但是针对这种结构输出的无功功率研究较少。提出了一种Z源NPC三电平变换器的恒功率并网控制策略。首先对这种变换器的结构及原理进行分析;再把恒功率控制引入到这种变换器的并网控制中,并采用空间矢量脉宽调制(SVPWM)实现了变换器的并网控制。MATLAB/Simulink软件仿真结果证明了这种变换器能够提高电压升压比。该控制策略可使变换器输出的有功功率、无功功率稳定于设定值,且并网电流谐波较低。     

新型双向串联型Z源NPC三电平逆变器

传统Z源逆变器启动冲击电流大、不具备能量双向流动能力、存在非正常运行状态、输出电压电平数少。针对上述问题,提出双向串联型Z源NPC三电平逆变器。将串联型Z源网络与NPC三电平逆变器结合,内在抑制启动冲击电流;在阻碍能量回馈的二极管反并联全控开关管,流过全控开关管的电流能够反向流动,进而维持直流链峰值电压稳定,消除非正常运行状态。仿真结果表明：配合软启动策略,改进型拓扑能实现无冲击启动;具备能量双向流动能力;低功率因数时,正常运行;输出线电压电平数增加为5。     

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。     

新型Z源不对称三电平逆变器及中点电位控制方法研究

为克服单Z源中点箝位型NPC(neutral point clamped)三电平逆变器主电路所需器件多、硬件成本高的缺点,提出了一种新型Z源不对称三电平逆变器拓扑结构,该拓扑不需要箝位二极管,同时保持了Z源三电平逆变器的固有优势。根据其特有的上、下直通状态插入规律以及对中点电位的影响,提出一种最优空间矢量脉宽调制SVPWM(space vector pulse width modulation)控制策略,通过调节上、下直通时间,在实现直流升压的同时有效抑制了中点电位的偏移,且最大程度减小了直通动作产生的开关损耗。通过MATLAB/Simulink仿真,验证了该方法的可行性和有效性。     

中点电位平衡的三电平逆变器SVPWM简化算法及其实现

对中点钳位式三电平逆变器空间矢量调制算法和中点电位平衡控制方法进行研究,所介绍的三电平参考电压分解的空间矢量调制简化算法可避免传统开关时间的繁琐计算。中点电位的不平衡是中点钳位式三电平逆变器的一个固有问题,从矢量调制的角度分析了中点电位波动的本质和规律,并提出了一种基于简化调制算法的中点电位平衡控制方法,该方法通过调整平衡控制因子可较精确地控制中点电位的平衡。仿真分析和实验结果验证了简化算法的可行性和平衡控制的有效性。     

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。     

Z源级联三电平中点钳位逆变器

将Z源网络级联,并采用交替反相电压偏移(alternativephase opposition disposition,APOD)的方法对逆变器进行控制。在matlab/sinmulink下,建立Z源级联三电平逆变器的APOD调制模型,仿真结果显示新型拓扑升压因子有明显提高。为进一步验证新拓扑的有效性,进行了Z源级联逆变器的试验研究,试验结果证实新拓扑能够提高升压因子,扩大Z源逆变器的电压调节范围。     

Pulsewidth-Modulated Z-Source Neutral-Point-Clamped Inverter

This paper presents the careful integration of a newly proposed Z-source topological concept to the basic neutral-point-clamped (NPC) inverter topology for designing a three-level inverter with both voltage-buck and voltage-boost capabilities. The designed Z-source NPC inverter uses two unique X-shaped inductance-capacitance (LC) impedance networks that are connected between two isolated dc input power sources and its inverter circuitry for boosting its AC output voltage. Through the design of an appropriate pulsewidth-modulation (PWM) algorithm, the two impedance networks can be short-circuited sequentially (without shooting through the inverter full DC link) for implementing the ldquonearest-three-vectorrdquo modulation principle with minimized harmonic distortion and device commutations per half carrier cycle while performing voltage boosting. With only a slight modification to the inverter PWM algorithm and by short-circuiting the two impedance networks simultaneously, the designed NPC inverter, with no requirement for deadtime delay, can also be operated with a completely eliminated common-mode voltage. Implementation wise, a detailed vectorial analysis interestingly shows that the same generic set of carrier-based modulation expressions can be used for controlling the -source two-level inverter and NPC inverter with and without reduced common-mode switching. All findings presented in this paper have been confirmed in simulation and experimentally using an implemented laboratory prototype.