级联H桥型变流器的调制方法建模与优化策略

提出一组表征脉冲特征的脉冲净面积变量揭示单个桥臂的脉冲本质,由此建立了级联H桥型变流器的调制方法模型,对模型中影响级联H桥型变流器运行特性的因素进行了分析。通过改变左、右桥臂脉冲净面积的大小和相位,在减少系统开关次数、降低开关损耗的同时,消除了所有开关频率奇数倍的谐波,并消除了大量偶数倍开关频率的谐波。实验结果表明,提出的模型可准确反映调制方法的特性,相关的调制方法优化策略可显著降低系统开关频率和开关损耗,并提高了变流器的输出波形质量。该方法正确、可行。     

零开关损耗的谐振直流环节变频器的研究

在变频调速系统中,其开关频率的提高主要受到开关损耗的限制,从而导致谐波较大、电网污染及电机噪声等。要提高开关频率可采用使开关损耗为零的方法,使之只受器件的固有参数限制。本文提出一种零开关损耗的谐振直流环节变频器拓扑,以及相应的控制策略,理论和仿真证明了其方法的可行性,具有优良的性能。     

低谐波低损耗三相光伏并网逆变器设计

提出了一种低谐波低损耗的三相光伏并网逆变器设计方案。在全桥DC-DC变换器中采用零电流软开关技术解决开关损耗大的问题。在DC-AC逆变器中,采用特定消谐PWM技术使其逆变器的开关频率可减少大约50%,进而减少开关损耗。Matlab仿真实验证明该方案的可行性,为实际工程应用和产品化提供了理论依据和前期实验基础。     

采用DSP的三相整流器开关频率控制算法

为了消除变流系统开关频率的不定性带来的电网谐波污染和较严重的开关应力对功率器件的冲击性损害,通过比较和分析传统的电流跟踪型三相变流器控制算法的控制规律,揭示其优缺点,提出了三相整流器优化的开关频率控制策略。该方案结合了滞环控制与固定开关频率算法的各自优点,并降低了对滤波电路的设计难度,提高了系统的动态响应和鲁棒性,减小了系统的开关损耗。经过仿真分析,并利用DSPTMS320F2812处理器搭建起10.0kW的试验样机,均验证了此策略的正确性和可行性。     

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。     

基于三电平拓扑电路的五电平逆变器电流谐波最小PWM方法研究

降低功率开关器件的开关频率,可以减少逆变器的开关损耗,并提高输出能力,但随之会带来负载输出谐波增加、控制性能下降等问题。研究了一种基于三电平拓扑电路的五电平逆变器在低开关频率运行下的电流谐波最小PWM(CHMPWM)方法,采用遗传算法解决了CHMPWM求解的高精度初值问题,通过对低次谐波幅值的限制使负载输出电流具有良好的抑制谐波性能。基于MATLAB/Simulink系统仿真结果表明了该方法的有效性。     

适合MMC型直流输电的灵活逼近调制策略

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)拓扑是一种优秀的换流拓扑,其多电平结构能极大减小谐波,是柔性直流输电的应用热点。以往的调制方式,要么开关频率较高,要么未能实现开关频率与模块电压波动幅度间的协调,要么实现复杂难于实际应用。为此,提出灵活逼近调制策略(flexible approach modulation,FAM)。该策略能够使模块电压在允许范围内波动,实现模块开关频率最小的目的。通过分析FAM的谐波特性和模块开关频率特特性,指出改变FAM的逼近因子可以改变谐波畸变率、开关频率。仿真及实验结果表明,对于确定的MMC系统,在模块电压波动允许范围内存在最小开关频率,FAM通过整定逼近因子就能获得此开关频率,即FAM方式能充分发挥各个模块作为能量交换单元的作用,极大地减小开关频率,降低开关损耗。     

基于MATLAB/SIMULINK的双频逆变器的仿真

逆变器输出电压波形质量与开关频率高低密切相关,但开关频率的提高带来了开关损耗提高.为了减小开关损耗提出了使用双频逆变器提高系统效率.它的高频部分采用单周控制方式,低频部分采用滞环控制方式,采用MATLAB软件仿真链接进行仿真.结果表明,跟普通单频逆变器相比,双频逆变器输出电压谐波总畸变率与普通高频逆变器差不多,达到1%以下.同时高频开关的电流大大减小,仅为单个高频逆变器中电流的20%左右,工作效率比单个高频逆变器提高5%以上.     

有源滤波器的低损耗滞环电流控制方法

提出一种新的用于有源滤波器的低损耗滞环电流控制方法。利用有源滤波器的输出电流主要是谐波电流,因此在一个周期内总的三相电流绝对值大小波动幅度很大的特点,根据电流大小调节相应的开关次数,从而在保持相同控制精度的同时,大幅降低有源滤波器的开关损耗。在理论上推导了最优开关频率和电流范数波动幅度的关系,设计了一个新的滞环电流控制器。仿真结果表明,采用所提出的方法可在保持总的控制精度的同时有效降低总的开关损耗。     

基于优化PWM的定子磁链轨迹跟踪控制研究

在异步电机的高性能控制方案中,为了降低开关损耗,采用优化脉宽调制(PWM)实现低开关频率下较小的电流谐波畸变。但在调制模式频繁切换时,优化PWM会产生电流和转矩冲击。因此,研究了将优化脉冲在线移位的闭环定子磁链轨迹跟踪控制方法,提出了由基于自控电机的降阶观测器与电机电流模型观测器组成的双观测器模型,实现了基波分量观测。结合电流谐波最小脉宽调制（CHMPWM）开关角,利用其重构参考磁链与实际磁链的差值,实现定子磁链轨迹跟踪。提出了无差拍下修正开关角小于2时的脉冲模式调整方案,消除了系统的动态调制误差,实现了低开关频率下异步电机的高性能控制。在开关频率为300 Hz以下的NPC型三电平逆变器上的仿真和试验证明了定子磁链轨迹跟踪控制策略的有效性。     

基于电压向量合成的模块化多电平换流器控制策略

介绍了模块化多电平换流器（modular multi-level converter,MMC）的拓扑结构与工作原理,提出一种基于电压向量合成的模块化多电平换流器型高压直流输电（modular multi-level converter based high voltage direct current,MMC-HVDC）控制方法.传统的模块化多电平换流器控制方法子模块投切频率高,相应的开关损耗也高.设计的电压向量合成控制法可以实现子模块工频开关投切,极大地降低了模块开关损耗.同时还针对该控制方法设计了模块均压控制策略和换流器闭环控制系统,在模块工频投切的同时模块电压也能得到良好的均压控制.仿真结果表明所设计的控制系统模块开关频率低,电压波动范围小,实现了功率的闭环控制,具备很好的理论研究价值和工程应用价值.     

应用于混合动力变换器中的新型变频控制方法

针对混合动力车载变换器中由于电感量较小，而导致功率器件工作频率较高，从而引起开关损耗过大的问题，该文提出了一种新颖的变频控制方法。该方法根据DC/DC变换器输出电压的变化相应地调整开关管的工作频率，有效地减少了在整个电压输出范围内的开关损耗，避免功率模块局部过热。同时，针对额定电流输出时开关损耗应力较大的问题，提出了电感电流恒脉动的变频控制方法。以此保证在整个输出电压范围内电流峰值恒定，从而在提高电感利用率的同时减少了开关损耗。另外，当输出电流小于额定电流时，提出了一种损耗最小化的变频控制方案。实验表明，采用变频控制方法在减少电感体积的同时，并没有使功率开关的损耗明显增加，从而合理地解决了散热问题。该控制策略可以用于混合动力车载变换器中。     

基于多电平随机脉宽调制技术的共模电压和谐波抑制方法

在PWM电机驱动系统中,多电平逆变技术可以降低系统中的共模电压和谐波含量,但是由于开关频率是固定的,在开关频率处的谐波仍很大。随机开关频率空间矢量调制技术可以通过对零矢量的控制,实现对共模电压的抑制,并且开关频率的随机化,使得开关频率处的幅值较大的谐波分散为一定带宽的幅值较小的谐波,降低了谐波的幅值。给出了混合型七电平逆变器的拓扑结构及控制方法,将高压单元的低频输出和低压单元的高频输出进行叠加,实现七电平的电压输出。分析了不同的开关状态对共模电压的影响,提出了用于共模电压抑制的矢量选择方法和用于降低谐波的开关频率随机化方法,仿真和实验结果显示,多电平逆变技术和随机脉宽调制技术的结合使用,大大降低了系统的共模电压和开关频率处的谐波分量。     

高压电容器充电电源谐振变换器的定频控制

为有效控制高压电容器高频恒流充电电源谐振变换电路的开关频率,研制了定频控制(占空比为50%,开关频率在整个充电过程中保持不变)的20 kW高压电容器充电装置逆变电路开关电路。通过提出的充电电源电路的并联负载谐振(PLR)DC-DC变换电路的等效电路模型,研究了充电电源装置的恒流充电原理,找出了电容充电初始阶段谐振电流和开关频率的数值关系。实验研究结果表明,当谐振变换电路开关频率接近于等效电路固有谐振频率的奇数分之一时,产生较大的谐振电流;为了实现谐振变换电路开关器件的零电流开通和关断,开关频率的大小始终可控制在小于等效电路固有谐振频率的1/2的范围之内。     

PMSM控制系统中的开关频率优化与控制研究

提出一种用于永磁同步电机(PMsM)控制系统的基于电压空问矢量脉宽调制的(SvPwM)的开关频率优化方 法,即在高速时按照开关器件选择调制频率,在低速时进一步提高调制频率,以充分利用开关器件的开关频率.从而获得更好的低速性能.分析了开关频率选择的约束条件,给出了样机实验的构建和实验过程.实验结果验证了该方法的可行性和有效性.     

基于模糊控制的动态权重系数表贴式永磁同步电机模型预测转矩控制系统

传统永磁同步电机(PMSM)模型预测转矩控制(MPTC)未考虑减小开关次数,造成平均开关频率较高。通过将减小开关次数作为表贴式永磁同步电机(SPMSM)MPTC的控制目标之一,设计了开关次数权重系数,提出了一种基于模糊控制的动态权重系数MPTC方法。分析了电机转矩的不同对成本函数开关次数权重系数作用效果的影响,引入模糊控制,根据系统状态信息实时调节成本函数开关次数的权重系数。仿真结果表明,与开关次数权重系数固定的成本函数相比,所提方法进一步降低了平均开关频率,同时抑制了系统转矩脉动与磁链脉动。     

基于恒定开关频率的永磁同步电机直接转矩控制

通过定子磁链及其给定幅值和定子电流来估算恒定开关周期内加在电机定子绕组上的参考电压,同时利用空间电压矢量调制方法使逆变器处于恒定的工作频率,开关频率越高,控制性能越好。仿真结果表明该方法有效。     

三相电压型脉宽调制整流器定频模型预测控制

针对三相电压型脉宽调制(PWM)整流器有限控制集模型预测控制采样频率高、开关频率不固定的缺点,提出了一种定频模型预测控制方法。通过求解价值函数得到PWM整流器交流侧下一采样时刻所要输出的电压值,利用空间矢量脉宽调制技术输出计算得到的电压值,实现定频模型预测控制。仿真与试验结果表明:所提出的控制算法开关频率恒定,稳态电流谐波含量低,实现了整流器高功率因数运行。     

基于扩展移相控制的高频DAB变换器ZVS控制方法

双有源桥（Dual active bridge,DAB）在需要高效能量双向流动的工作场景有广泛的应用。在高开关频率工作时,变换器开关器件结电容充放电时间无法忽略,导致扩展移相控制下DAB零电压开通（zero voltage switching,ZVS）范围断续。通过分析扩展移相控制下双有源桥DC-DC变换器工作模态,建立高开关频率工况下DAB变换器数学模型,提出一种利用磁化电流扩宽ZVS范围的方法。在此基础上,结合电感电流应力优化算法,提出一种适用于高频工况应用的电流应力优化下的软开关控制策略。采用该控制策略,可以有效减小导通损耗,消除开关损耗,显著提升高开关频率下的变换器效率。最后,搭建400KHz实验样机,验证控制策略有效性。     

用于可再生能源发电的双频并网逆变器仿真研究

提出一种用于可再生能源发电的双频并网逆变器,该逆变器由2个标准三相桥级联而成,其中一个桥工作在高频,提高输出电流性能,另一个桥工作在低频,主要输出功率,从而降低开关损耗,提高系统效率。高频桥采用恒频电流跟踪控制,控制电路简单。仿真结果表明,该逆变器输出电流与电网电压同相,总的谐波畸变率低,向电网输出的电能质量高。