三电平逆变器SHEPWM技术的所有解问题

针对多电平逆变器特定谐波消除SHEPWM(selective harmonic elimination pulse-width modulation)求解非线性方程组对开关角度初值依赖性高的问题,采用三角函数倍角关系将三电平中点钳位NPC(neutral pointclamped)逆变器SHEPWM非线性方程组转换为代数多项式的模式,并利用MATLAB中的Solve函数对多项式模型进行求解,在无需开关角初值的情况下得到了全调制比下的所有解。给出了开关角及线电压谐波失真THD(total harmonics distortion)随调制比变化的轨迹,分析和比较了开关角解的分布特点,为实际工程中开关角度的选取提供了理论依据。最后仿真和实验验证了利用Solve函数所求开关角度的正确性和可行性。     

基于DSP在线实现特定谐波消除技术的2种方法

在数字信号处理器中分别用线性插值法和牛顿迭代法实现了特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)技术开关角度的在线计算。首先,利用三角函数倍角关系将级联七电平逆变器SHEPWM消谐方程组转换为代数多项式方程组的形式;然后,利用数学软件MATLAB中的Solve函数对其进行求解得到了调制比区间[0.485,1.07]内的所有解,并绘制了开关角度随调制比变化的轨迹,分析了开关角度变化的特点。选取其中一组开关角度,分别用数据查表结合线性插值的方法和对开关角度进行一元线性拟合并用拟合方程求解的开关角度作为牛顿迭代的初值而后用牛顿迭代法计算开关角度的方法,实现了级联七电平逆变器SHEPWM开关角度的在线计算,对2种方法的特点进行了分析和比较。仿真和实验证明了利用Solve函数求解多项式方程组得到的开关角度解是正确的,所述2种方法是可行的。     

三电平NPC逆变器的一种空间分区矢量提取的SHEPWM调制策略

深入分析基本空间矢量SV与特定谐波消去SHEPWM之间的内在联系,提出三电平NPC逆变器的一种基于空间分区矢量提取的SHEPWM调制策略,推导出空间电压矢量PWM的三相等效调制波规则采样的开关角矩阵,得出基本空间矢量SV的选用与规则采样的运算关系以及SHEPWM的脉冲状态由基本SV组成的矢量序列特殊解。在此基础上,在三电平NPC逆变器的矢量空间六边形所分区的两电平六边形中,研究SHEPWM脉冲序列的空间电压矢量组成的扇区分布,并提取相应的基本SV,求解作用时间。SHEPWM的脉冲状态由空间分区提取的基本SV矢量序列运算合成而实现,避开了其开关角非线性超越方程组的求解,并具有同样的消谐效果且便于实现。     

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。     

三电平逆变器SHEPWM的一种空间电压矢量合成算法

三电平逆变器的特定谐波消去脉冲宽度调制(SHEPWM)的开关角难于实时求解,而两电平的SHEPWM调制可由基本空间矢量SV组成的矢量序列实现。在三电平的空间矢量六边形所分解的两电平小六边形中,得出三电平SHEPWM所需的基本SV矢量切换状态表,推导基本SV矢量的作用时间,形成矢量序列,实现了三电平逆变器SHEPWM的一种电压矢量合成新算法,该算法中的开关角可通过基本SV矢量运算而直接生成且易于快速实现。     

优化多电平逆变器多波段SHEPWM控制技术

特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)技术在逆变器脉宽调制(PWM)控制,尤其是在高压大容量多电平逆变器控制方面备受关注。利用三角余弦函数倍角关系,将七电平逆变器多波段SHEPWM消谐方程组转换为代数多项式组的形式,然后利用Matlab中Solve函数得到全调制比下的所有解。经分析,绘制了总谐波畸变率(THD)最小值随调制比变化的曲线及对应的消谐开关角度轨迹。仿真和实验证明,利用该方法求取的开关角度解正确可行,并且具有高效、快速等优点,对开关角度合理选取及改善多电平逆变输出电压质量很有意义。     

基于Walsh函数的多电平逆变器多波段SHEPWM控制技术

基于Walsh函数变换的特定谐波消除脉宽调制(selected harmonics elimination pulse width modulation,SHEPWM)技术存在调制比受限的问题,为此,提出了基于Walsh函数的多电平逆变器多波段SHEPWM控制技术。该方法通过分析傅里叶级数变换下的多电平多波段SHEPWM电压波形,归纳出调制比从0到1之间变化时多电平逆变器多波段统一的SHEPWM非线性方程组,再利用Walsh函数变换对其进行求解,从而同时解决了拓展调制比、在线计算、实时控制的难题。以7电平为例,给出了各个波段下的Walsh函数分段线性方程组及开关角度轨迹,同时还考虑了调制比切换处多组解的情况。算例结果验证了该方法的可行性。     

无轴承开关磁阻电机动、静态电感耦合的数学拟合

采用增强型能量增量有限元法,对无轴承开关磁阻电机的动态电感(差分电感)、静态电感(割线电感)随位置角和绕组电流的变化进行了计算和实验验证.根据电感随位置角呈周期性变化的特点,电感可以拟合为位置角的傅里叶级数展开.根据电感对称特点和谐波不大于基波1%的误差,余弦级数取前8次,且其系数展开为电流的3次多项式.将有限元计算电感结果作样本,耦合静态和动态电感方程,利用最小二乘法求解出傅里叶级数的各系数与电流的关系,拟合出该类电机电感随位置角和电流的解析表达式.利用拟合出的电感表达式对不同电流、不同位置下的电感计算与有限元结果进行比较,在内插值的条件下,拟合结果具有高的精度,而外插值误差较大.     

基于MOPSO的三电平SHEPWM方法研究

特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)方法具有功率器件开关损耗低、输出电压质量高、有效消除低次谐波等优点,在三电平逆变器的控制中得到广泛应用。这里在分析三电平SHEPWM方法原理的基础上,采用多目标粒子群优化(MOPSO)算法求解三电平SHEPWM开关角,将非线性方程组的求解转化为对特定目标的优化,无需给定开关角初始值;分析了该方法的谐波特性,包括未消除谐波幅值的变化规律和总谐波畸变率(THD)的变化规律。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性,SHEPWM方法达到了消除特定低次谐波的目的。     

基于量子遗传算法的NPC三电平调制策略研究

与正弦脉宽调制(SPWM)和空间矢量脉宽调制(SVPWM)相比,特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)具有开关频率低、输出波形质量高等优点。然而其开关角求解是一个难点。对此采用量子遗传算法(QGA)求解非线性方程组得到开关角,相比于传统算法,它具有更快的收敛性。以消除中点箝位(NPC)三电平变换器4阶次谐波为例,仿真分析了总谐波失真(THD),并通过实验对消谐效果进行验证。仿真和实验结果验证了该方法的有效性。     

基于FPGA的特定谐波消除法数字实现

提出了一种基于现场可编程门阵列（FPGA）的特定谐波消除算法（SHEPWM）全数字实现方案。首先,利用计算机辅助设计软件,离线计算稳态时消除特定次谐波的开关角,并得到0.055~1.155范围内的调制度与开关角的关系曲线。采用3次多项式对调制度-开关角曲线进行分段线性拟合,计算出拟合系数,并将其存入FPGA的逻辑单元中。在矢量控制中,通过控制环得到参考电压矢量的幅值与相位,由幅值与直流母线电压计算调制度,并通过拟合系数实时计算出开关角,判断参考电压矢量相位所处的开关角区间,并输出相应的开关状态。实验结果证明了方案的有效性。     

一种三电平特定消谐脉宽调制的优化方法

在静止无功补偿装置的各种脉宽调制策略中,特定消谐是一种常用的方法。该文以三电平三单相配电网静止无功补偿器为研究对象,将数值方法求解三电平特定消谐开关角度的问题细分为两种情况,分别给出了各自适用的迭代初值公式。在此基础上,提出了一种开关角度的优化方法,使逆变器输出电压在较低的开关频率下获得更好的谐波特性。算例和实验结果均表明,该优化方法具有良好的收敛性,可以获得较好的消谐效果。     

NPC三电平双PWM变换器直流母线电流的重构

基于空间矢量脉宽调制(SVPWM)策略,建立了二极管箝位(NPC)三电平逆变器直流母线电流的高频数学模型。根据有功功率平衡,提出一种直流母线电流的重构方法。从快速傅里叶变换(FFT)和交流侧有功功率2个方面对所提重构方法的误差进行了分析。最后,基于NPC三电平双PWM变换器的前馈控制完成了直流母线电流重构的实验。结果表明所提直流母线电流重构方法可行、有效,且实现简单、计算量较少。     

三电平逆变器特定谐波消除脉宽调制方法的研究

特定谐波消除SHEPWM，通过开关时刻的优化选择，消除选定的低频次谐波，具有波形质量高、效率高、直流电压利用率高、直流侧滤波器尺寸小等一系列显著优点，所以受到人们的普遍关注。该文首先针对1／4周期对称的脉宽调制波形，研究了三电平SHEPWM非线性方程组的求法，提出了以三角载波法生成非线性方程组初值的方法，使得求解非线性方程组的速度明显加快；根据非线性方程组的数值解，用POWERSIM电力电子专用仿真软件对三电平SHEPWM进行了仿真研究；用小功率MOSFET管构成二极管箝位三电平逆变器实验电路模型，以双DSP中压变频控制平台为控制器，对三电平SHEPWM方法进行实验研究。仿真和实验结果证实了SHEPWM的谐波消除效果和SHEPWM方法所具有的一系列显著优点。     

适用于三电平逆变器的特定谐波消除脉宽调制方法

特定谐波消除脉宽调制方法SHEPWM近来受到人们的普遍关注，其通过开关时刻的优化选择，消除选定的低次谐波，具有波形质量高、效率高、直流电压利用率高、直流侧滤波器尺寸小等一系列显著优点。本文首先针对1/4周期对称的脉宽调制波形，研究了三电平SHEPWM非线性方程组的求法，提出了以三角载波法生成非线性方程组初值的方法，使得求解非线性方程组的速度明显加快；根据非线性方程组的数值解，用POWERSIM电力电子专用仿真软件对三电平SHEPWM进行了仿真研究；用小功率MOSFET管构成二极管箝位三电平逆变器实验电路模型，以双DSP中压变频控制平台为控制器，对三电平SHEPWM方法进行实验研究。仿真和实验结果证实了SHEPWM的谐波消除效果和SHEPWM方法所具有的一系列显著优点。     

基于Walsh函数的SHEPWM技术在电流型多电平变流器中的应用

随着高温超导储能技术的发展,电流型变流器的储能效率问题必将得到解决,电流型多电平变流器(CSC)将在电力系统中得到广泛应用。本文以一种新型单相五电平变流器为例,研究了SHEPWM技术在电流型多电平变流器中的应用。利用基于Walsh函数把其对应的Fourier域内的非线性超越方程组转化为线性代数方程组,求解出了开关角关于基波幅值的分段线形方程,从而可实现输出电流的特定谐波抑制和在线控制。     

链式多电平变换器特定谐波消除脉宽调制方法研究

链式多电平变换器调制方法中,特定谐波消除脉宽调制SHEPWM(SelectedHarmonicElimi-nationPulseWidthModulation)具有输出波形质量高、消除谐波效果好、直流电压利用率高等优点。研究了链式多电平变换器的SHEPWM技术,针对其1/4周期对称的阶梯波形,给出了一种每个H桥开关频率相同的控制方法,同时列出了该方法下的链式多电平变换器的SHEPWM通用非线性超越方程组,重点提出了利用单个H桥的开关角度叠加求取初值的方法。以5电平链式多电平变换器为例,通过Matlab仿真证明了结论的正确性。     

串联H桥多电平变换器平衡特性研究

近年来,串联H桥多电平变换器在高压大功率应用场合越来越受到重视,然而这种拓扑结构随着控制策略的不同,存有系统工作不平衡问题。如在梯形波调制方式中,就会有各个H桥单元直流电源功率不平衡;而在选择谐波消去脉冲宽度调制SHEPWM(Selected Harmonic Eliminate Pulse Width Modulation)方法中,则有各个H桥单元功率开关管开关次数不相等和导通负荷不一致等问题,因此在梯形波调制策略中,利用串联H桥合成输出电平开关状态冗余的特点,给出了一种在一个输出周期内就可以实现各桥直流电源功率平衡的方法,便于减小中间直流电压波动和直流电容体积．而针对传统的SHEPWM方法存在各个H桥单元功率开关管开关次数不相等和导通负荷不一致问题．给出了一种变载波频率的SHEPWM方法使得各H桥开关管开关次数相等,这样各串联H桥功率开关管就可以得到充分利用以及各H桥直流电源充放电次数相等。最后,通过频谱分析,验证了这些方法的可行性。     

统一潮流控制器中逆变器的特定谐波消去调制方法研究

以统一潮流控制器为研究对象，针对其逆变器输出的线电压中可能含有的谐波成分，设计出一种变压器接线方式，通过这种变压器接线方式，逆变器输出的线电压中的一些谐波成分将会被抑制。同时将特定谐波消去调制技术应用于统一潮流控制器逆变器的控制中，可将变压器接线方式所不能消除的谐波成分中的低次谐波成分消除掉。