多电平变流器多载波PWM技术的研究

为了对多载波脉宽调制(PWM)技术的谐波特性进行定量的数学分析,通过双重傅立叶变换得到分别采用三种多载波PWM方案的多电平变流器输出电压的傅立叶级数.从谐波品质角度比较了各种方案的优劣,确定了在不同场合下多电平变流器最佳的调制方案.第三种方案的低次谐波含量最低,最适合于单相多电平变流器.在三相平衡无中线系统中,由于载波谐波不产生电流,第三种方案的总谐波失真度最低,因而最为合适.理论分析的结果得到了仿真实验的验证.     

基于一致渐近稳定观测器的模块化多电平变流器控制系统设计

为了实现模块化多电平变流器(MMC)各模块之间电容电压均衡,减少电压传感器数量,设计非线性的降维状态观测器,并提出基于该观测器的系统控制方法.依据三相MMC拓扑结构,以三相环流、交流输出电流和所有模块电容电压为状态变量,建立状态空间模型. 结合模型,提出观测器的设计方法,该观测器通过测量MMC电路中6个桥臂电流和6个桥臂投入模块总电压,结合开关信号观测得到各模块电容电压. 利用无源理论和持续充分激励条件,证明在载波移相调制策略和最近电平调制策略下,观测器误差模型是一致渐近稳定的. 以该观测器为基础,设计MMC功率电流双闭环控制器. 通过搭建的仿真模型验证所设计观测器的观测值能够准确跟踪实际值,系统鲁棒性和动态性能较好.     

模块化多电平换流器子模块等效数学模型的建立及仿真

模块化多电平换流器(MMC)中包含的半导体开关器件数量是2电平、3电平电压源换流器(VSC)的2次幂倍,随着系统电平数的增加,大量功率器件的引入给模型的电磁暂态仿真带来了困难。本研究把IGBT等效为2个不同状态的等效电阻,将MMC子模块的模型简化,根据戴维宁定理建立了MMC子模块的数学模型和MMC桥臂数学模型。最后,在MATLAB/Simulink下搭建基于MMC子模块数学模型的21电平仿真电路和基于MMC桥臂数学模型的61电平VSC-HVDC输电系统仿真电路,并与采用器件模型的仿真结果进行对比。仿真验证了该数学模型的准确性和可靠性。     

多电平逆变器准最优脉宽调制方法

多电平变换器是高压大功率应用领域的研究热点,文中针对多电平载波PWM技术中电压调制深度低和基波幅值小的问题,提出了一种新颖的多电平准最优PWM法,分析了输出最大电压调制深度、基波幅值和谐波畸变率等,同时给出了输出电压开关切换角、最优调制波形等的求解方法,并进行了计算机仿真。结果表明,该方法极大地提高了输出电压调制深度和基波幅值。     

4种模块化多电平逆变器调制策略对比分析

介绍了模块化多电平逆变器,分析了环流抑制方法以及子模块间电容电压平衡策略.在多电平结构的调制策略中,选取载波重叠调制方式、最佳电平逼近调制方式和载波移相调制方式以及一种PWM(pulse width modulation)和最佳电平逼近相结合的混合调制策略,在Matlab/Simulink中搭建三相带对称负载逆变系统仿真平台,改变调制策略得到相关结果和参数,得到了输出电压波形的波形图和FFT(fast Fourier transformation)分析结果,分析了其谐波成分的不同规律,相互比对后发现从不同的标准来衡量调制策略的优劣时,排序结果有差异,为根据实际情况适合采用哪种调制策略提供参考.     

基于45°坐标的H桥级联多电平变换器移相空间矢量调制算法

随着级联模块数的增加,空间矢量调制算法实现困难制约了其在高压大容量变换器中的推广应用。针对这一问题,提出基于45°坐标移相空间矢量调制算法,实现对H桥级联的多电平变换器进行控制。45°坐标系上的基本矢量位于单位整数坐标点,且相邻3个基本矢量组成的扇区三角形为等腰直角三角形,简化了参考矢量的定位及基本矢量作用时间计算;由于避免了多电平SVM算法中大量冗余开关状态矢量的计算,该算法很容易扩展应用于任意电平的H桥级联多电平变换器;与载波移相调制算法相比,移相空间矢量调制算法提高了直流电压的利用率,且比载波移相调制算法更有利于数字实现。最后,通过仿真和实验验证了本文提出的算法的正确性。     

普通空间矢量法在级联多电平载波调制中的应用

空间矢量脉宽调制(SVPWM)的实质是加入了某种零序分量的调制方法,实现的优化是提高输出电压的范围和减小开关损耗,本质实现方式是通过改变零空间矢量的放置位置。分析在两电平中SVPWM与载波脉宽调制之间存在的关系,并通过仿真将不连续调制引入到级联多电平载波调制中,以此验证空间矢量调制在级联多电平中可以实现并且可以得到与在两电平中相似的结果。     

三电平逆变器空间电压矢量控制算法仿真研究

分析了三电平空间电压矢量调制基本原理,给出了一种采用最近三矢量法合成参考矢量的空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation,SVPWM)算法及小三角形区域判断规则、合成参考电压矢量的相应输出电压矢量作用顺序和开关信号的产生方法,探讨了影响三电平逆变器中点电压平衡的主要因素,并推导出各合成电压矢量的作用时间.仿真结果验证了本算法的有效性.     

多电平变流器在直驱型风电系统的应用研究

为满足直驱型风力发电系统对变流器的要求,采用了级联型多电平逆变器替代传统的两电平逆变器。通过仿真分析表明,以变化的风速为输入,采用最大风能捕获时,逆变器输出电压可追踪电网电压频率和相位,实现单位功率因数输出。采用载波相移的SPWM调制方法,输出电压波形好,产生的高频谐波方便滤除。级联型多电平逆变器作为全功率变流器适合于直驱型风力发电系统。     

矩阵变换器空间矢量调制策略的简化算法

矩阵变换器(Matrix Converter,MC)是一种具有理想性能的变换器,但其控制算法的复杂性限制了其在实际中的应用.MC的空间矢量调制策略中需要进行正弦函数、正切函数和复数运算,计算量大,增加了数字处理器的负担.本文通过对传统算法的分析研究,将占空比用三相输入电压值和三相参考输出电压值来计算,避免了复杂的正弦函数、反正切函数和复数计算.并给出了一种扇区划分方法,使得占空比表达式在各扇区内具有统一的形式,便于实际编程实现.仿真结果验证了简化算法的正确性.     

电网电压不平衡下基于模块化多电平的高压直流输电控制策略

研究了基于多电平变流器(MMC)的两端柔性高压直流(HVDC)输电系统。首先建立了MMC数学模型,分析了MMC内部环流产生的原因以及环流危害,接着研究了HVDC输电系统的工作原理和控制策略。系统的控制逻辑可分为3级,其中最低层控制策略为换流站内的阀级控制,包含MMC的调制方法和环流抑制策略。重点研究了换流站级的双环PI控制和阀级的环流抑制。通过搭建输电系统模型实现了正常工况下理论分析和软件仿真论证,同时设计了非正常工况下经过正负序分离后的双环PI控制方法,实现了电网电压不平衡时系统的稳定控制。     

考虑寿命损耗的模块化多电平换流器可靠性分析

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)已成为电压源换流器高压直流输电系统的首选换流器拓扑,如何保证其可靠性是MMC所要面对的重要问题之一.目前对于MMC可靠性分析大多认为其子模块在运行期间为恒定故障率,忽略了寿命损耗的影响.文中在分析已有可靠性研究策略基础上,考虑寿命损耗的影响,提出了一种基于两参数威布尔分布的MMC可靠性模型.针对子模块构成元件的寿命曲线,依据元件在不同运行时期故障率的变化建立基于威布尔分布的MMC可靠性数学模型,并与传统的可靠性计算模型进行分析比较.在Matlab中搭建仿真模型,验证了所提出方法的有效性与正确性.     

模块化多电平换流器常用调制策略的对比分析

模块化多电平换流器(MMC)常用调制方式包括载波移相调制(CPS-PWM)、载波层叠调制(CLS-PWM)以及最近电平逼近调制(NLM)。为提高MMC工作效率,方便针对不同应用条件选取合适的调制方式,本研究采用Matlab/Simulink虚拟仿真方法,对以上调制方式从开关频率、谐波分布、谐波畸变率等方面进行仿真,并对仿真结果进行比较,得到结论:CPSPWM方式在MMC电平增多后更便于滤波,但算法也更加复杂,较为适用于十几电平或者二十几电平场合;CLS-PWM中的三种方式在电平增高后,谐波仍较为分散,但在十电平以下时就能达到较低的谐波畸变率,适合应用于电平数不多的场合;NLM开关损耗小,调制简单,但波形质量在电平数少的时候相对较差,在高电平时较为适用。     

模块化多电平直流变压器的傅里叶级数建模与控制器设计

研究模块化多电平直流变压器,其由两相模块化多电平桥臂、高频隔离变压器和并联全桥模块组成. 模块化多电平桥臂采用准方波调制,并联全桥模块采用方波调制,基于傅里叶级数分析单移相控制下的工作原理和功率特性. 采用傅里叶级数求和的方法建立模块化多电平直流变压器在单移相控制下的数学模型,求得单移相控制到输出电压的传递函数,在开环传递函数的基础上设计PI控制器,以达到控制输出电压的目的. 最后在MATLAB/Simulink中搭建模块化多电平直流变压器的仿真模型. 仿真结果表明,利用该数学模型设计的PI控制器可使直流变压器输出电压稳定.     

模块化多电平换流器电容电压优化均衡法研究

在模块化多电平换流器的传统子模块电容电压排序均衡方法中,算法排序在子模块数目较多的情况下存在运算量大、开关动作频繁等缺陷。因此,为了减少子模块排序运算量,降低开关频率,该文提出了基于改进归并排序的 MMC电容电压均衡法。首先,对引入的归并排序算法均衡工作机理展开了简要叙述,在此基础上,针对算法单次排序比较次数高对算法进行优化处理,进而减少了单次排序运算过程中算法所需的比较次数;并立足于简化后的归并排序算法,引入子模块之间的最大电压偏差比例值,实现降低排序频率与开关损耗,从而形成了具有优越性能的改进归并排序均压控制方法。最后,运用 Matlab/Simulink仿真平台搭建了模块化多电平换流器的直流侧电容电压均压控制模型验证所提改进归并排序均压方法的可行性与有效性。     

基于三电平空间矢量调制的能量回馈研究

在研究三电平空间矢量调制方法的基础上,提出将该方法用于能量回馈。分析了三电平空间矢量调制方法如何运用于逆变器中,给出了电压矢量作用时间的计算方法和如何用二电平简单判断三电平参考矢量所在区域的方法,并详细分析了脉冲序列的实现方法,对一些脉冲序列进行了改进,从而再次降低输出谐波。针对能量回馈,结合三电平空间矢量调制进行了系统实验,实验结果验证了方案的正确性。     

多电平无扇区SVPWM逆变的动态矢量控制研究

针对传统多电平SVPWM算法需要三角函数运算和大小扇区判断的缺陷,建立了120°坐标系下无扇区空间矢量调制方法.基于传统多电平SVPWM矢量动作的规律,提出了动态矢量控制策略.新优化方法将算法进行统一,并能推广到更高的多电平逆变环境.在Matlab环境下的仿真验证了结论的正确性及可行性.     

模块化多电平变换器功率模块的电流与损耗

为了便于对电压源变换器功率器件进行系统设计以及对其参数、冷却装置进行有效选择,需要对电流与损耗进行有效估算.通过介绍新型模块化多电平变换器（MMC）的工作模态,对其电流分布进行了详细分析,给出一种基于电流分布和元件特征曲线线性拟合的简单MMC损耗计算方法,并在此基础上分析了开关频率、功率因数等对MMC损耗的影响.仿真计算结果表明,该方法能简单有效地对不同工况下各个元件的损耗进行计算,其计算结果对功率器件及其散热装置的选择有一定的指导作用.     

空间电压矢量脉宽调制技术中零矢量调制的算法研究与FPGA实现

在现代交流电机控制技术中,空间矢量脉宽调制（SVPWM）以其较高的直流电压利用率、较低的开关次数以及较少的谐波分量获得了越来越多的应用.为了能够将算法实现与工程实际更好地结合,本文提出了一种基于FPGA与DSP协同工作的SVPWM的FPGA解决方案.通过改变传统的SVPWM中零矢量的调制手段,在考虑IGBT工作频率的情况下,使得控制器能够自适应地调节零矢量的分配方式,同时谐波分量没有明显的增大.本文也介绍了这种新方法的FP-GA实现以及优化,使得整个方案在6000门以内的FPGA中得以实现.