规则采样对载波移相SPWM输出基波相位滞后的影响

载波移相SPWM具有高度的实时性,非常适合输出电压需要快速变化的场合。本文讨论了载波移相SPWM应用于诸如STATCOM、DTSTACOM等高压大容量逆变器场合可能遇到的一个实际问题:载波移相SPWM在数字化实现中通常需要按照规则采样的方法计算开关角度,规则采样的原理决定了载波移相SPWM输出电压相位必然落后参考波一定的相位。本文分析了这一现象形成的机理,以三电平规则采样PS-SPWM为例推导了滞后相位的计算公式,通过数值仿真和物理样机试验验证了分析结论以及计算方法的正确性。最后,针对规则采样PS-SPWM应用于链式STATCOM时可能遇到的问题提出解决方案,可供工程应用参考。     

基于改进载波移相SPWM的链式STATCOM电容电压平衡控制策略

介绍了传统载波移相SPWM及脉冲循环换位调制策略,指出了上述方法由于级联H逆变桥的电路参数及损耗差异等因素,无法真正实现链式STATCOM的电容电压平衡。笔者通过对传统载波移相SPWM调制策略进行改进,提出了一种新的链式STATCOM电容电压平衡控制策略,分析了该策略的基本原理与实现过程。通过PSCAD/EMTDC对该控制策略进行了仿真,结果说明,该策略可以很好地实现电容电压的平衡,而且对上层控制、装置的谐波特性不会产生影响。     

1140V链式静止同步补偿器关键技术的研究

基于级联H桥逆变器拓扑结构,将载波移相SPWM技术应用于链式静止同步补偿器(STAT-COM)系统中,有效地改善交流侧输出电压特性。同时,在低开关频率下,可以获得较高的输出电压等级,降低自身的电压谐波成分。此外,结合反馈解耦控制理论,重点研究电流环参数的变化对STATCOM系统特性的影响,并搭建低压1140V链式STATCOM试验平台,给出实际应用中最优PI参数控制范围,证实了STATCOM具有调节速度快、补偿效果好等优点。     

基于CPS-SPWM的级联H桥多电平逆变器控制方法

级联H桥多电平逆变器适用于各种高电压、大电流的场合;载波移相正弦脉宽调制(CPS-SPWM)技术易于实现,等效载波频率高,已成为级联多电平逆变器使用最广泛的调制方法。采用了一种可节省硬件资源的改进型载波移相调制方式,在对其调制原理进行详细分析的基础上,利用PSCAD/EMTDC软件搭建级联H桥多电平逆变器的软件仿真模型,结合基于IPM模块实现的物理实验系统,研究了载波频率对逆变器输出电压谐波特性的影响。仿真及实验结果均表明改进型CPS-SPWM技术能够使逆变器的输出电压波形趋近正弦波,并降低其畸变率。     

基于耦合电感并联逆变器的PMSM矢量控制

当两个或多个逆变器并联运行时,由于功率器件、杂散电感、冷却条件等条件不同,负载电流不能平均分配到各逆变器且逆变器间会产生环流.针对上述问题,提出通过耦合电感将逆变器并联,使用统一调制波并且对载波移相提出合理的移相策略.分析表明均流电感耦合可减小体积重量,使组合逆变器可输出中间电平;载波移相使两逆变器交错工作,在不提高器件开关频率的前提下提高了输出的斩波频率,可有效改善电机的电流波形;以统一调制波与载波进行运算发波,保证不同逆变器输出电压相等,有效消除逆变器间的环流.搭建了基于耦合电感的载波移相电机驱动器实验平台,证明了上述策略的可行性与有效性.     

采用三相四桥臂抑制逆变器共模干扰的SPWM控制策略

为了减少三相三桥臂逆变器因电路不对称而产生的共模电压和电流,提出了一种基于三相四桥臂结构的正弦波脉宽调制(SPWM)控制策略.该策略是在SPWM载波移相控制技术基础上,采用跳变后移控制方法,确保任何情况下逆变器四个桥臂的输出都能达到平衡,从而抑制共模干扰的产生.与原来的三相四桥臂SPWM载波移相控制策略相比,该策略突破了SPWM调制指数必须小于0.666的限制,避免了直流电压利用率低下的缺陷,适用于在任意调制指数情况下的工作.仿真和实验证明了该方法的有效性.     

逆变器SPWM载波频率选取的计算方法

为优化逆变器的设计参数,给出了一种选取正弦脉宽调制(SPWM)载波频率的计算方法。死区效应是影响逆变器输出电压THD的主要原因。在SPWM载波中,死区引入的误差脉冲导致逆变器输出电压中出现基波误差和低倍频谐波,并且死区效应随SPWM载波频率的增大而增强。针对上述情况,基于误差脉冲的频域分析,得出了逆变器输出电压THD与载波频率之间的定量关系,并提出了以输出电压THD为指标选取逆变器SPWM载波频率的计算方法。样机实验证明了该计算方法的有效性。     

基于平衡算法的链式STATCOM输出性能研究

直流侧电压平衡算法是链式静止同步补偿器(STATCOM)安全可靠运行的前提,然而,引入电压平衡算法使各H桥需采用独立控制,这与传统情况下载波移相调制算法的使用前提存在一定矛盾。通过理论分析了电压平衡算法对H桥级联型装置输出性能的影响.指出级联等效频率以下的整数倍载波频率及其边带谐波无法完全抵消,提出了若干种可行的提高装置输出性能的方案,并以各H桥直流侧采用不同电压值的混合级联法为例,通过实验验证了理论推导的正确性及解决方案的可行性。     

基于控制载波自由度的级联H桥逆变器改进型PWM技术

随着级联H桥(CHB)多电平逆变器输出电压与功率等级的增加,提高载波移相脉宽调制(CPS-PWM)策略下直流侧电压利用率以及改善低调制度时谐波性能比较差的问题具有重要的意义.通过对正弦波脉宽调制(SPWM)以及梯形波脉宽调制(TPWM)原理及输出电压特性的分析,该文提出一种基于控制载波自由度的改进型CPS-PWM策略,该策略基于移相载波自由度,通过周期性的循环改变三角载波的排列方式,利用改进的多载波代替原CPS-SPWM中的三角形载波进行调制,从而可以显著地提高输出电压的直流电压利用率;又能在实现各级联单元功率均衡的条件下,降低输出电压总畸变率,有效地改善低调制度时的谐波性能,且各单元开关频率和损耗相同,同时各开关管工作应力也相同,因此提高了系统的可靠性.该文给出改进型CPS-PWM策略输出电压基波幅值和功率均衡分析,同时列举三种策略并进行比较,并对该文所提策略进行仿真与实验的验证.     

级联型多电平逆变器的谐波分析及仿真研究

利用数学推导分析了载波移相SPWM技术,对多单元级联型多电平逆变器进行了谐波分析,得到单相N单元级联型多电平逆变器输出电压的傅里叶表达式,同时对各单元间载波移相角相差π/N的控制方法进行了详细的数学分析,最后通过对单相三单元和四单元级联逆变器的仿真研究,得出结论并验证其正确性.     

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。     

基于81电平铁路功率调节器的不平衡补偿策略

为进一步降低铁路功率调节器在大功率补偿过程的开关频率,采用开关频率较低的混合级联81电平变换器作为电压源、开关频率较高的单相全桥变换器作为电流源,将两个电压源背靠背连接,提出一种81电平铁路功率调节器。由于系统中承担85%的补偿功率的开关器件的开关频率在250 Hz及以下,开关频率高的电流源仅承担1%的功率,因此系统开关损耗小且对补偿电流参考信号的跟踪性能好。研究了系统的基本结构及其等效电路,通过构建等效对称三相电压源建立等效三相电路,采用有功功率平均分配法,使得补偿后的系统等效为Y-Y型对称三相电路,从而实现不平衡电流补偿,并提出一种新的补偿电流检测方法。仿真结果证明所提系统及其补偿方法的有效性和可行性。     

混合型MMC的开关频率优化控制算法

混合型MMC每一桥臂由半桥子模块（HBSM）和全桥子模块（FBSM）组成,能够在拥有低损耗、低成本等优点的同时保持故障穿越能力。其中,子模块（SM）电容均压会造成较高开关频率,导致开关损耗较大。为了解决该问题,研究了基于混合型MMC的开关频率优化排序控制策略,将保持因子引入混合型MMC模型,通过数学推导,设计了基于电容电压波动率的保持因子控制器。仿真结果表明,开关频率优化控制算法在保持均压效果的前提下,有效降低了开关频率,在高压直流输电等领域,具有科研理论意义和工程实践价值。     

Characteristics comparison of high‐frequency multilevel inverter connected with filter inverters

This paper presents a characteristics comparison of a high‐frequency multilevel inverter connected with small‐ capacity filter inverters. In general, PWM inverters require a low‐pass filter in order to reduce switching harmonics. However, in the high‐frequency systems such as class D power amplifiers, the cutoff frequency of the low‐pass filter must be set at high frequency. Thus, harmonic distortion of the output voltage is enlarged to a harmful level. Increasing the number of output voltage levels is effective in reducing the harmonic distortion of the output voltage and the low‐pass filter size. The proposed systems consist of a five‐level inverter and several cascade‐connected low‐voltage full bridge inverters without any external DC power sources for filtering the output voltage. The five‐level inverter generates a stepwise waveform with five‐level voltage, and the low‐voltage filter inverter superimposes harmonic components to compensate for the voltage waveform distortion. Therefore, the proposed system can reduce its total switching loss and can increase the number of the output voltage levels. In this paper, the effectiveness of the proposed systems is verified through several experiments. © 2007 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 161(3): 58–65, 2007; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20373     

考虑三电平中点钳位型变换器中点电压波动抑制的混合调制方法

三电平中点钳位型变换器存在中点电压不平衡的固有问题。零序电压注入法可以很好地控制三电平变换器的中点平衡,而且具有原理简单、计算简便等优点,但是在调制系数比较大或者功率因数较低的情况下存在不可消除的低频波动。双调制波方法可以在全范围内消除中点波动,但其会造成开关频率的增大和谐波性能恶化。本文结合零序电压注入和双调制波混合调制方法的优点,达到了在消除低频波动的同时又能最大程度上降低开关频率和保持谐波性能的目的。仿真和实验结果证明了所提出的混合调制方法的正确性和可行性。     

PWM开关DC-DC变换器的低频波动

为了揭示PWM开关变换器输出电压出现低频波动的规律，基于电感电流和输出电压包络的波动频率远低于变换器的开关频率的假设，建立了变换器中电感电流和输出电压包络的微分方程，并在s域进行分析，得出了变换器的闭环输出—输入电压传递函数，采用胡尔维茨稳定判据得出了变换器的稳定条件，分析结果表明：反馈环节的滞后是造成变换器输出电压出现低频波动的原因。采用零极点分析的方法确定了变换器低频波动的频率，利用变换器拓扑结构的约束关系，得出了变换器低频波动的幅值。采用SPICE仿真和实验的方法验证了理论分析结果的正确性。     

具有共模电压抑制能力的PMSM混合模型预测转矩控制

模型预测控制（MPC）动态性能优越、抗扰动能力强，但零电压矢量的使用可引起较大的共模电压，产生轴电流、电磁干扰等问题。基于等效零矢量的多矢量合成MPC虽可抑制共模电压，但需在同一周期使用多个有效矢量，导致开关频率高、系统效率低。因此，提出一种用于永磁同步电机（PMSM）的混合模型预测转矩控制（MPTC）策略，针对不同幅值的参考电压，分别使用虚拟矢量和多矢量合成2种电压矢量生成方式，可用较低的平均开关频率实现共模电压抑制，并保证良好的动、静态转矩控制性能。此外，通过改变控制模式的切换条件，可实现开关频率和转矩脉动的灵活切换。最后，仿真验证了所提方法的有效性。     

三相H桥三电平逆变器谐波抑制方法

为改善传统三相H桥三电平逆变器输出线电压质量,对存在的直流母线电压波动和线电压相邻"电平层"交叠现象进行理论分析.提出基于直流母线电压实时采样的载波前馈校正方法,根据直流母线电压的波动实时校正载波形状,调整不同PWM脉冲幅值时的脉宽;提出锯齿载波相移PWM(PS-SPWM)调制方法,控制任意两相电压相对应的脉冲对始终位于对应锯齿载波的起始(末尾)处,消除了线电压相邻"电平层"交叠现象.与传统方法相比,进一步抑制了线电压的高、低次谐波.实验结果验证了提出方法的可行性与有效性.     

Research on cascaded multilevel inverter and its application in STATCOM

Because of the broad application of multilevel converters in the high-power area, a cascaded multilevel voltage-source inverter with phase-shifted SPWM (PS-SPWM) switching scheme is proposed as a static synchronous compensator (STATCOM). This can eliminate the bulky and weighty transformers and reduce power loss. In addition, the equivalent carrier frequency can be doubled and the output harmonics will be reduced compared with the STATCOM being put into operation. The operating principle and control methods are analyzed in detail and the feasibility is validated by simulation with MATLAB. __________ Translated from Engineering Journal of Wuhan University, 2005, 38(4): 34–37, 41 (in Chinese)