考虑中点电位平衡的三电平逆变器断续脉宽调制策略研究

在大功率逆变器中采用断续脉宽调制(discontinuos pulse width modulation,DPWM)可实现开关损耗不变的前提下,有效提高逆变器等效开关频率,提高系统控制性能,降低滤波器的设计难度。但三电平DPWM中点平衡控制尚未有很好的解决方案。该文以三电平DPWM1为例,分析基于空间矢量脉冲宽度调制的三电平DPWM1实现方法。借鉴连续调制的中点平衡控制方法定量分析三电平DPWM1及其冗余矢量序列(DPWM3)对中点电位的影响。文中提出一种基于DPWM1和DPWM3混合调制策略,该调制策略能有效控制中点电位平衡,在中点电位调节期间开关频率基本不变,两种调制算法的切换采用滞环方式,切换时选择两种调制算法每个小扇区中的共同矢量作为切换矢量,减小切换造成的额外开关动作。最后,仿真和实验结果验证所提的调制策略的有效性。     

一种具有中点电位平衡可降低损耗的三电平空间矢量调制方法

对中点钳位式(NPC)三电平逆变器降低开关损耗的方法进行研究。提出一种新的不连续空间矢量脉宽调制(SVPWM)方法,在单位功率因数下实现大电流不开关原则,较大程度的降低开关损耗。另外由于中点电位平衡是三电平NPC的固有问题,基于不连续SVPWM,提出一种滞环控制策略,通过切换矢量序列方式控制中点电位平衡。仿真和实验结果证明了本文提出的新型调制方法的可行性和有效性。     

光伏三电平逆变器高效断续空间矢量调制方法

针对中小矢量会对中点电位产生影响使其存在不可完全平衡区域,提出了一种在不同的负载特性下皆可实现中点电位平衡的不连续空间矢量调制方法。该方法将矢量分为对中点电位影响相反的两类矢量序列,采取切换矢量序列方式以此来实现中点电位平衡,可有效降低开关损耗。并通过搭建一台10kVA的光伏三电平并网逆变器样机对所提调制方法进行实验验证,证明了所提新型调制方法的可行性和有效性。     

考虑中点电位平衡的三电平Boost-逆变器协调控制

针对常见的二级式三电平Boost-逆变器,为降低逆变器开关损耗,同时控制中点电位平衡,提出了一种空间矢量不连续调制及其中点电位平衡策略。基于电荷平衡原理,定量计算TL-Boost变换器电荷补偿量,推导变换器占空比调整量表达式,控制流经中点的总电荷量为零。通过两级系统协调控制,不仅可以发挥逆变器不连续调制低开关损耗的优势,同时还可以实现中点电位平衡控制,降低逆变器调制策略复杂度。最后,通过仿真验证了该控制策略的有效性。     

三电平变流器低开关损耗调制算法研究

随着工业应用对大功率电力电子设备性能要求的提高,变流设备开关频率升高导致开关损耗增大。研究了三电平变流器低开关损耗调制算法,通过预先设定合理的脉冲序列并根据序列对中点电位的影响将其分类为P型和N型序列,根据中点电位偏移情况控制两类序列的柔和切换,从而实现中点电位平衡和降低开关损耗的目标。预设的脉冲序列在一个采样周期只有4次开关动作,可减少开关损耗约1/3。另一方面,在部分扇区内,通过选择冗余序列实现大电流箝位以进一步减小开关损耗。实验结果证明了算法对中点电位平衡控制及其减少开关损耗的有效性。     

一种考虑中点平衡的ANPC变换器的混合断续脉冲宽度调制策略

对于ANPC(active neutral-point-clamped)变换器,采用断续脉冲宽度调制DPWM(discontinuous pulse width modulation)具有开关损耗小的优点,但也存在中点电位波动较大的问题,为此提出了一种基于切换钳位的混合断续脉冲宽度调制Hybrid DPWM策略,实现DPWM策略下ANPC变换器的中点电位平衡。在单位功率因数下,该方法根据中点电位的高低采用不同钳位方式,并对不同钳位方式下的开关序列进行优化,减小开关次数;在非单位功率因数、高调制比下,该方法根据电荷守恒计算大矢量、中矢量和小矢量作用时间,通过中矢量、小矢量和大矢量的合理分配实现中点电位平衡。同时,2种中点平衡方式在全范围内具有互补性,使开关管在每个开关周期内动作4~6次。最后,对多种调制策略的动稳态性能和中点电位平衡能力等进行了实验对比,验证了所提混合断续脉冲宽度调制策略的有效性。     

基于调制波分解的中点钳位型三电平逆变器的混合调制策略

对于中点钳位型三电平逆变器，传统的载波脉宽调制在高调制度低功率因数下中点电压会发生三倍频波动，而虚拟空间矢量调制虽然能实现中点电压无条件平衡，却存在开关损耗高的问题。针对上述问题，基于调制波分解的多约束目标的协调，提出一种适用于中点钳位型三电平逆变器的混合调制策略。该调制策略采用双调制波单载波比较的方式实现，分析开关次数和中点电压无条件平衡的两类约束，为了在确保中点电压平衡的条件下降低开关损耗，提出上述两类约束的混合调制策略。在此基础上，探讨两种约束下的中点电压主动控制方法。另外，还对比了混合调制策略与其他调制策略的性能指标。混合调制策略可以在全调制度全功率因数下实现中点电压平衡，且相比虚拟空间矢量调制开关损耗有所降低，实验结果证明了其可行性和优越性。     

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。     

二级式三电平逆变器不连续调制及中点电位平衡策略

针对常见的前置TL-Boost变换器的二级式三电平逆变器,为降低逆变器开关损耗,同时控制中点电位平衡,文中提出了一种空间矢量不连续调制及其中点电位平衡策略。首先设计了不连续调制算法,分析不连续调制下逆变器中点电位波动情况;然后基于电荷平衡原理,定量计算TL-Boost变换器电荷补偿量,推导变换器占空比调整量表达式,控制流经中点的总电荷量为零。通过两级系统协调控制,不仅可发挥逆变器不连续调制低开关损耗的优势,同时可实现中点电位平衡控制,降低逆变器调制策略复杂度。该控制策略适用于二级式三电平逆变器,可有效提高系统效率,同时保证输出波形质量。     

一种新型的三电平VIENNA整流器调制策略

对三相三线三电平VIENNA整流器进行研究,构建了整流器电压和电流双环控制环路。针对该整流器降低开关损耗和中点电位控制问题,在分析冗余小矢量对中点电位影响的基础上,首先提出了2种新的对中点电位影响相反的五段式断续调制序列,在此基础上又提出了旨在降低开关损耗的集中式大电流不动作调制原则并引入一角度调节量对不动作区域进行拓展,实现了兼顾中点电位平衡控制的同时最大限度地降低开关损耗。仿真和实验进一步验证了所提调制策略的有效性。     

基于双混合钳位式变流器的永磁直驱风力发电系统控制策略

针对大功率双三电平永磁直驱式风力发电系统,采用一种新型的混合钳位式三电平结构,在分析了其工作原理的基础上,对混合钳位式三电平变流器的64种电压空间矢量分别在能量馈入和馈出情况下对中点电位和钳位电容电压的影响特性进行分析,得出中点电位平衡调制策略;又对钳位电容的充放电回路进行分析,推导出钳位电容电压在能量馈出和能量馈入情况下,分别采用不同的电平状态切换的调制方式实现钳位电容电压的平衡。在对永磁同步发电机(PMSG)和混合钳位式整流器的数学模型研究的基础上,给出了对机侧变流器和网侧变流器分开控制的策略。在Matlab/Simulink平台下搭建相应的仿真模型,通过仿真与实验验证了所提算法的正确性,并且具有较好的动、静态性能。     

三电平ANPC变流器中点电位控制策略研究

本文详细分析了三电平有源中点箝位(ANPC)变流器中点电压波动产生的根本原因,提出了一种分区域控制的中点电位的平衡方法,该方法能够实现在变流器全范围工作区域内的中点电位平衡控制,且该方法运算量小,易于实现,对于空间矢量脉宽调制和三角载波比较脉宽调制方法都适用;本文同时利用三电平ANPC变流器的拓扑结构优势提出一种损耗平衡控制算法,改善了在高调制度低功率因数时中点电位平衡控制引起的开关损耗大的问题。通过仿真和实验验证了本文提出的控制方法能够同时实现三电平ANPC变流器的中点电位波动抑制和桥臂损耗平衡的控制,具有较强的工程应用价值。     

计及功率极性和序列连续性的三电平闭环虚拟矢量调制策略

针对三电平变流器应用于大功率高速航空起动发电机系统所产生的中点电位偏差问题,提出一种考虑起动发电两种功率极性和开关序列连续性的中点电位偏差闭环虚拟空间矢量调制策略.建立了三电平变流器输出电压序列的中点电荷模型,据此分析了低载波比工况下虚拟空间矢量调制策略及闭环虚拟空间矢量调制策略下中点电位不平衡问题.在传统虚拟空间矢量...     

基于扇区平滑过渡三电平整流器中点电位滞环控制研究

为了使三相三电平NP C整流器在空间矢量调制过程中实现中点电位的平衡且防止两相开关同时动作和输出电平非单位变化,提出采用具有扇区过渡的直流侧中点电位滞环控制方法对三电平整流器开关序列进行调制.分析了直流侧中点电位滞环控制方法在三电平整流器中的实现方法.阐述了整流器非单相动作和非单位电平输出对系统造成功率开关管承受电压过高、EMI兼容性差、开关损耗大的原因.提出加入扇区过渡调制方法改善中点电位滞环控制存在的这些问题.实验结果表明,加入扇区过渡的中点电位滞环控制方法能够对整流器直流侧中点电位平衡进行有效控制,同时实现扇区间的平滑过渡、减小了开关损耗和增强EMI兼容性.     

一种具有中点平衡能力的双矢量调制策略

直流侧电容电压不平衡是二极管中点箝位型(NPC)或T型三电平逆变器的固有问题,这里提出一种双矢量调制策略,不但具有完全中点电位平衡能力,且在一定工作区间内还可降低开关损耗。此处首先介绍三电平矢量图的区间划分方法;接着提出双矢量的合成思想并定量分析其中点平衡机理;在此基础上进一步推导出这里所提矢量调制策略的载波实现方法,以便于工程应用;最后,通过仿真和实验验证了这里所提调制策略的可行性和有效性。     

四桥臂三电平逆变器3D-SVPWM调制策略

针对四桥臂三电平中点钳位型逆变器传统的复杂三维空间矢量脉宽调制算法和中点电位不平衡问题,提出了基于分解思想的3D-SVPWM调制策略和基于电荷守恒的中点电位平衡算法。该调制策略将αβγ坐标系下四桥臂三电平逆变器电压矢量空间分布在αβ平面上的投影分解为两电平结构进行分析,并利用两电平的调制策略实现对参考电压矢量的调制;提出的中点电位平衡算法,根据电荷守恒原理调整冗余矢量的作用时间实现对中点电位的控制。与传统的调制策略相比,所提调制策略极大地简化了运算过程,并且实现了直流侧上下电容电压平衡。仿真和实验验证了本文所提策略的正确性。     

三相四线制三电平变流器的优化调制策略

传统三相四线制三电平电容中分式变流器三维空间矢量脉宽调制(3D-SVPWM)策略较为复杂且中点电位平衡算法对中点电位偏移的抑制不精确,尤其是在负载不平衡的情况下,中线电流全部流过直流侧中点造成中点电位偏移。针对以上问题,提出一种基于三相abc坐标系的简化3D-SVPWM方法,并基于该简化方法提出一种多相控制的中点电位平衡算法,根据中点电位偏移情况,将电位偏移量平均分配到具有中点电位平衡能力的相,使多相共同参与中点电位平衡控制,通过偏移量数学模型计算得到补偿该偏移量所需要的时间量,然后作用于三电平变流器的输出状态,从而达到平衡中点电位的目的。仿真分析和实验结果均表明优化调制策略具有良好的三相四线制三电平变流器中点电位平衡能力。     

Vienna整流器滑模直接功率及中点电位平衡控制策略

根据Vienna整流器的工作原理,建立基于开关函数的功率数学模型,在此基础上设计新型滑模直接功率控制策略,详细推导该控制算法,并给出具体设计过程;另外针对Vienna整流器存在中点电位波动和传统空间矢量调制计算繁琐等问题,提出基于载波调制的等效空间矢量调制算法,通过在载波调制中加入零序分量来等效空间矢量调制策略,同时在零序分量中加入平衡因子来控制中点电位平衡。滑模直接功率算法与等效空间矢量调制技术相结合可以实现开关定频和中点电位平衡,同时降低开关损耗,使Vienna整流器工作在近似单位功率因数下。最后搭建实验平台进行实验验证,结果表明:基于新型滑模直接功率控制策略和等效空间矢量调制算法相结合的Vienna整流器具有较好的鲁棒性和动态性能。     

基于无差拍控制的T型三电平逆变器中点电位平衡策略

针对T型三电平逆变器中点电位不平衡问题,提出一种基于无差拍控制的T型三电平逆变器中点电位平衡方法。首先建立中点电位变化量、相电流和开关矢量占空比的数学关系,在此基础上引入描述小矢量调节中点电位能力的评价指标,当两个小矢量同时存在时,通过比较两个小矢量的调节能力选择不同的开关调制方式。根据给出的数学关系和空间矢量调制方式,提出中点电位平衡无差拍控制模型,对调节能力较强的小矢量占空比进行调整,可以快速实现中点电位平衡控制。仿真和实验结果表明该方法具有良好的中点电位平衡控制性能,有效抑制了中点电位波动,同时减小了输出电压电流谐波。     

基于IHPWM的三电平VIENNA整流器中点电位平衡策略

针对三电平VIENNA整流器固有的中点电位波动问题,详细分析了中点电位平衡控制的可控和不可控区域,提出了一种改进型混合调制IHPWM(improved hybrid pulse width modulation)策略,即在可控区域采用空间矢量脉宽调制SVPWM(space vector pulse width modulation)策略,在不可控区域采用虚拟空间矢量脉宽调制VSVPWM(virtual SVPWM)策略。仿真实验表明,改进型混合调制方法能够有效地降低低频脉动,更好地平衡中点电位。