一种以降低逆变器开关损耗为目标并考虑中点电位平衡的适用于中点钳位式三电平逆变器的调制方法

介绍了中点钳位式(neutral point clamped,NPC)三电平逆变器载波脉冲宽度调制(carrier-based pulse width modulation,CBPWM)、空间矢量脉冲宽度调制(space vector PWM,SVPWM)、最小开关损耗脉冲宽度调制(switching loss minimize PWM,SLPWM)3种典型的调制策略。当中点电位偏移时,提出了一种非对称载波脉冲宽度调制(asymmetric carrier disposition PWM,ASPDPWM)策略,可以在中点电位偏移时输出正确的PWM序列,有效抑制逆变器输出的低频谐波含量。分析了基于载波移位脉冲宽度调制(carrier disposition PWM,PDPWM)策略的中点电位平衡方法。提出了一种SLMPWM和PDPWM混合调制策略,这两种调制策略的切换采用滞环控制方式。在实验室搭建了NPC三电平逆变器实验平台,通过阻感性负载和永磁同步电机负载验证了混合调制策略的有效性。实验结果验证了SLMPWM和PDPWM的混合调制策略能够有效降低开关损耗和控制中点电位。     

三电平双组双调制波载波脉宽调制方法

中点电位不平衡问题是三电平中点钳位(neutral point clamped,NPC)逆变器的固有问题,目前的中点电位平衡方法或者在部分条件下无法完全消除中点电位低频波动,或者存在开关频率偏高的问题。提出一种双组双调制波载波脉宽调制(double-group double-modulation-wave carrier-based pulse width modulation,DGDMWPWM)方法。DGDMWPWM由平均中点电流大小相等方向相反的两组双调制波根据中点电位的方向进行切换调制,既能完全消除三电平NPC逆变器的中点电位低频波动,又具有开关频率较低的优点。详细阐述该脉宽调制(pulse width modulation,PWM)的基本原理,并通过仿真和实验研究验证了该PWM的有效性。     

基于载波实现的二极管钳位型三电平逆变器虚拟空间矢量脉宽调制方法

首先介绍了二极管钳位型三电平逆变器空间矢量脉宽调制(SVPWM)和虚拟空间矢量脉宽调制(VSVPWM)原理,给出VSVPWM在第一扇区各分区的开关序列。建立包含中点电压平衡方程在内的二极管钳位型三电平逆变器的调制模型,分析VSVPWM策略与基于载波脉宽调制(CBPWM)策略的内在联系,得到基于载波调制的VSVPWM方法(CB-VSVPWM)。在保持输出线电压不变的前提下,改变某一相1电平作用时间来调节由于参数及积累误差造成的中点电位的偏移。最后,实验结果验证了理论分析的正确性。     

三电平NPC逆变器共模电压抑制

调制策略是三电平中点箝位(NPC)型逆变器的关键技术之一。传统脉宽调制策略能平衡中点电位,但会产生较大共模电压(CMV)。针对上述缺点,提出一种基于零序电压(ZSV)注入的三电平正弦波脉宽调制(SPWM)策略,能同时平衡中点电位和抑制CMV。在一个载波周期内,所提调制策略通过ZSV的注入和调制波的分解,能保证中点电位的平衡;通过调制波的分解和开关序列的优化,能抑制逆变器产生的CMV。该调制策略实现简单、计算时间少,能在输出电压全范围内控制中点电位平衡,同时能有效抑制CMV。最后,与传统空间矢量脉宽调制(SVPWM)策略进行实验结果对比分析,验证了所提调制策略的可行性和有效性。     

载波PWM方法三电平逆变器中点电位控制研究

分析了三电平中点箝位(Neutral Point Clamping,简称NPC)逆变器的中点电位平衡问题,讨论了通过注入零序电压实现中点电位控制的载波PWM方法,并在此基础上对一种实时控制中点电位平衡的方法进行了改进,提出一种基于零序电压注入的载波交叠PWM方法.仿真及实验结果验证了该方法良好的中点电位控制能力及输出电压谐波特性.     

一种新颖的同时考虑中点电位平衡和窄脉冲消除及死区补偿的三电平空间电压矢量脉宽调制方法

该文引进了一种简洁高效的三电平SVPWM算法。在此基础上，提出一种中点电位控制和窄脉冲消除方法，同时进行了死区的补偿。仿真和实验结果表明，该方法实现简单，输出波形谐波含量小，中点电位得到很好的控制，并较好地解决了窄脉冲问题。同时由于进行了死区补偿，使逆变器在低频输出时波形明显改善，提高了系统在低频时的转矩输出。在用TMS320LF2407 DSP为开发平台的三电平实验样机上取得了良好的效果。     

新颖的双调制波中点电位控制策略的研究

针对三电平中点钳位式逆变器中点电位平衡的问题,建立了中点电位小信号模型,提出了一种新颖的中点电位闭环控制策略。该控制策略采用双调制波脉宽调制方法,不仅可以获得较高的直流电压利用率还消除了中点电位的低频振荡;采用PI调节器作为控制器,具有中点电位动态响应快,并可以实现中点电位的稳态无静差控制。在三电平中点钳位逆变器实验平台上进行了实验验证。实验结果证明了所提出控制策略的正确性和有效性。     

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。     

基于模糊控制的三电平逆变器中点电位平衡策略

中点电位平衡是设计三电平逆变器变频调速系统要考虑的问题,中点电位的不平衡增加了功率器件的电压应力,同时使逆变器输出谐波含量增大.首先由三电平逆变器的电路拓扑出发,建立三电平逆变器中点电位的数学模型,然后对中点电位失衡的原因进行了分析,在此基础上研究了一种基于模糊控制的中点电位平衡策略,通过检测直流侧电容电压的大小,把两电容电压的偏差与偏差的变化率作为模糊控制器的输入,根据中点电位不平衡程度,通过模糊规则实时调整输出正负小矢量的作用时间,从而达到中点电位的动态平衡.仿真和实验结果验证了所提控制方法的可行性.     

一种新颖的三电平光伏逆变器调制策略研究

针对三电平光伏并网逆变器空间矢量脉宽调制(SVPWM)共模电压高、反相载波调制直流电压利用率低和中点电位不可控等问题,提出一种无小矢量参与合成的调制策略。介绍了该调制策略的矢量合成原则,计算了参与合成的矢量作用时间,分析了该调制策略的低共模电压、高直流电压利用率和中点电位自平衡的优点。最后,搭建10 kW三电平光伏并网逆变器样机并进行实验验证,实验结果证明了理论分析的正确性。     

谐波补偿下考虑中点平衡的等效三电平调制

中点箝位型(NPC)三电平拓扑在较高电压场合被广泛应用,三电平调制算法和中点均压控制策略是该拓扑的关键技术.此处首先分析了三电平空间矢量脉宽调制(SVPWM)和载波脉宽调制(CBPWM)方法的等效关系,指出调节小矢量作用时间与注入零序分量来调节中点电位的等效性.针对传统中点平衡方法不适用于谐波补偿的应用场合,引入基于电压参考矢量和相电流方向判断的改进方法,并给出了在两种调制策略下的等效实现方式.最后,通过实验验证了两种调制算法的等效性以及改进中点均压控制方法在谐波场合的适用性.     

三电平SVPWM与CBPWM算法的内在联系研究

由于三电平中点钳位逆变器能有效提高逆变器系统容量和耐压水平,减少输出电压的谐波,所以其在中高压大容量电能变换领域中得到了广泛应用。为了揭示三电平中点钳位逆变器空间矢量脉宽调制(SVPWM)和载波脉宽调制(CBPWM)算法的内在联系,本文首先分析了三电平SVPWM算法的原理,并根据调制度的大小将整个线性调制范围分为3段,然后根据脉宽调制的规则采样法,分别推导出了3个调制段内与SVPWM等效的CBPWM调制函数形式。理论研究表明:三电平SVPWM算法是一种特殊形式的CBPWM算法。最后仿真和实验结果证明了理论分析的正确性和有效性。     

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。     

基于改进型自抗扰控制器的NPC三电平逆变器中点平衡策略

针对中点钳位型三电平逆变器所固有的中点电位波动问题,建立直流侧中点电位的波动模型,提出一种基于分数阶自抗扰控制器(FOC-ADRC)的中点电压平衡策略。避免了传统ADRC的非线性误差反馈率(NLSEF)需要凭经验试凑三个没有明确物理意义的参数难题,便于应用到三电平逆变器的中点电位进行电压实时补偿。原理样机实验表明该方法具有较强的中点电压平衡性能,可以快速估测并抑制中点电压波动,同时减小输出电压电流的谐波。     

并联T型三电平逆变器环流抑制和中点平衡研究

T型三电平逆变器的并联能够增加系统容量和可靠性,但是存在的环流会导致输出电流畸变甚至造成系统崩溃。而且并联T型三电平逆变器因中点电位和零序电流相互耦合,其环流情况更为严重,抑制难度剧增。为此该文提出一种新型空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)策略实现并联T型三电平逆变器环流抑制和中点平衡控制。该文在分析T型三电平逆变器并联模型的基础上,通过检测逆变器零序电流状态,实时选择合适的P-Type和N-type小矢量抑制零序环流;并针对T型三电平逆变器存在直流侧电容中点电位不平衡的固有问题,通过增加或者减少小矢量作用时间实现中点电位平衡控制。此外,上述方法能够同时减少开关频率和降低开关损耗。实验验证了新型SVPWM策略能够在不同电流情况下实现很好的环流抑制和中点电位控制。     

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。     

偶次谐波消除的NPC逆变器矢量调制策略

基于三电平中点箝位(NPC)逆变器,分析了传统空间矢量脉宽调制(SVPWM)策略产生偶次谐波的机理,提出了三电平NPC逆变器偶次谐波消除空间矢量选择需遵循的原则,详细阐明了三电平NPC逆变器与两电平逆变器在偶次消谐方面的区别,在此基础上提出了两种优化的偶次谐波消除策略的脉冲分配方式,并通过仿真以及实验验证了所提出偶次消谐策略的正确性。     

基于载波SPWM与SVPWM混合控制的三电平逆变器中点电位平衡策略

针对空间矢量脉宽调制SVPWM(space vector pulse width modulation)在功率因数较低的情况下,失去对钳位型三电平逆变器直流母线中点电位的控制效果的问题。通过研究载波正弦脉宽调制SPWM(sinusoidal pulse width modulation)与SVPWM的本质联系,将从SVPWM调制原理出发,推导出控制中点电位所需的零序分量,构造相应的调制波,通过载波SPWM法抑制中点电位波动,从而提出一种基于载波SPWM与SVPWM混合控制的中点电位平衡策略。最后仿真结果验证了这种混合控制策略可以有效地抑制中点电位漂移。     

一种具有中点电位平衡能力的两级三电平逆变器

三电平逆变器开关管应力小,开关损耗低,输出谐波小,因而在大、中功率开关电源中有广泛的应用前景,但其存在着母线电容中点偏移的固有问题,而传统中点电位平衡算法在负载参数变化时存在着不可控区域。采用双输出三电平Boost变换器作为前级,可以在保证宽范围输入电压的同时,对母线电容中点电位进行平衡。分析了传统中点电位平衡算法在负载功率不平衡时的失效问题,在此基础上利用前级三电平Boost变换器解决逆变器的中点偏移问题,给出了变换器平衡母线电容中点电位的一种控制方法,并与传统算法的效果进行对比,最后进行了仿真和实验验证。实验结果证明该方法能够很好的解决负载功率不平衡时三电平逆变器直流母线电容的中点偏移问题。