H桥级联型谐波发生器直流电压均衡分析与控制

针对中高压等级系统谐波的治理,设计了一种H桥级联型谐波发生器,分析其谐波电流输出时各单元的有功分布。当输出谐波电流频率与产生的边带谐波频率一致时,会导致各单元出现差异性的有功分量,进而引起单元直流电压不均衡。为此,提出通过载波频率优化的方法来改变各单元有功分布,即在原有载波频率上叠加一定的偏移量,使输出谐波与边带谐波频率不出现重叠,各单元直流有功分量变成低频波动的交流分量,从而维持各单元直流电压平衡。PSCAD仿真以及样机实验证明了所提方法能够有效维持H桥单元直流电压均衡,并且使谐波发生器具有良好的输出效果。     

混合级联逆变器的混合频率载波调制技术

混合频率载波调制法可以解决混合级联7电平逆变器的功率环流问题,但其输出电压的谐波特性较差。为此,提出了一种改进的混合频率载波调制策略,该策略使得高压单元运行在单极倍频正弦脉宽调制(sinusoidal pulse width modulation,SPWM)下,从而提高了高压单元的等效开关频率。此外,对高、低压单元的开关策略进行了优化改进,减少了开关次数。相比于改进前的方法,在高压单元开关频率相同时,其等效开关频率可提高1倍,逆变器输出电压的谐波将分布在更高的频段,从而改善了逆变器输出的电能质量,同时消除了功率环流。由仿真结果可知,在相同开关频率下,改进后的方法使得输出电压的较低次谐波由约1 k Hz提高到了约2 k Hz,并且不会出现功率环流现象。研究结果对所提出的改进的混合频率或波调制策略的实用化有一定意义。     

三相级联多电平并联有源电力滤波器

为了提高有源功率滤波器的电压和功率等级,采用H桥级联配合多电平技术是一种有效的解决途径。介绍了并联有源功率滤波器的基本原理及H桥级联的载波移相控制技术,采用固定开关频率的直接电流控制方法设计了一套基于数字信号处理器(digital signal processor)和复杂可编程逻辑器件(complex programmable logic device)载波移相的H桥级联多电平并联有源电力滤波器系统。该系统具有利用低开关频率、低电流谐波、低压开关器件实现高压输出的优点,并通过仿真和实验加以验证。     

H桥级联型APF直流侧电压平衡三级控制

H桥级联型有源电力滤波器能够稳定工作的前提是各个直流侧电容电压均衡。由于各H桥单元的差异等原因,直流侧电压的不平衡不仅影响APF的谐波电流补偿效果,而且影响其安全运行。针对级联APF与电网之间的功率交换模型和补偿谐波电流的特征,通过控制APF输出五次零序电压来实现三相之间电压均衡、输出基波正序有功电流实现全局稳压。通过在相内每个H桥交流侧叠加有功电压矢量实现相内电压均衡,最终实现每一个直流母线电压的均衡稳定。同时H桥级联APF补偿谐波电流,降低网侧电流畸变率,低压环境下的仿真和实验结果验证了控制策略的有效性,为级联APF向更高电压等级场合的应用提供了基础。     

电压分层控制的H桥级联有源滤波器研究

为了研究应用于中高压领域的有源电力滤波器(APF),建立了3级H桥级联APF数学模型,采用载波相移调制技术将装置的等效开关频率提高6倍,基于瞬时无功功率理论提取谐波及无功电流,采用三角载波比较法跟踪指令电流,直流侧电压采用分层控制来实现稳压和均压。仿真结果表明,H桥级联APF能够快速精确地检测出谐波及无功电流,在器件开关频率1.05 k Hz下补偿谐波及无功电流,将电网相电流THD由27.66%降至1.24%,同时维持直流侧电压的稳定和均衡,使电压误差率不超过2%。系统能在1个电网周期内响应负载的动态变化,从而验证了方案的可行性。     

CPS-SPWM在级联型有源电力滤波器中的应用

提出了基于载波相移-正弦脉宽调制(CPS-SPWM)技术的级联H桥型多电平变流器,它是CPS-SPWM技术与级联H桥型变流器拓扑结构的结合,同时具备二者的优点,在大功率变流器领域具有很好的应用前景.文中给出了载波相移技术在级联H桥型变流器上的具体实现方法,并将其应用在并联型有源电力滤波器(APF)中,对直流侧总电压闭环电压控制的原理进行了验证.仿真和实验结果表明,该并联型APF系统在低开关频率情况下能够准确有效地补偿谐波和无功电流,性能良好.     

双低压单元混合级联逆变器的改进载波层叠调制策略

传统的载波层叠调制方法应用于双低压单元混合级联逆变器时,存在低压单元之间功率不平衡问题。为此,本文提出了一种改进的载波层叠调制策略。该策略首先通过传统的混合载波层叠调制方法产生各个开关管的驱动信号,然后再对开关管的驱动信号进行功率平衡优化后得到开关管的实际驱动信号。仿真结果表明：该策略能够在逆变器高压单元工作在基波频率的情况下,解决逆变器电流倒灌问题和实现两个低压单元的功率平衡,使得逆变器输出相电压的谐波主要为以mf为中心的边带谐波。     

基于MMC拓扑的有源滤波器控制策略研究

为提高大容量有源滤波器(APF)的耐压水平和等效开关频率,提出了一种基于模块化多电平(MMC)的有源滤波器控制方法。该控制方法对APF输出的基波电流采用间接电流方式实现有功和无功的解耦控制,采用基于正序基波提取器的预测谐波电流控制实现对谐波电流的补偿,然后将间接电流方式和预测谐波电流控制方式产生的电压信号作为有APF输出电压的参考值。同时,为克服传统载波相移脉宽调制方式均压控制环节PI控制器繁多的缺点,对载波相移脉宽调制方式做了改进,采用载波相移脉宽调制和电容电压排序均压控制相结合的调制方式。通过Matlab/Simulink对其进行了仿真验证,该控制方法是正确可行的。     

21电平H桥级联STATCOM调制技术仿真研究

H桥级联作为STATCOM主电路拓扑的主要结构,其调制策略是衡量STATCOM输出性能的一个重要指标。通过构建21电平H桥级联主电路结构并搭建载波移相(SPWM)和载波层叠式(SPWM)调制仿真模块。仿真结果表明载波移相调制能平衡各功率单元,但导致开关信号谐波增大;层叠波脉宽调制输出电压谐波低于载波调制,但各功率单元不平衡,易损坏开关器件。针对两种调制策略的优缺点提出了一种新的载波移相层叠波调制策略。仿真验证表明载波移相层叠波SPWM调制策略能够有效平衡功率单元和能降低开关信号的谐波含量。     

级联型多电平逆变器输出电压循环分配的功率均衡控制及优化

在载波层叠脉宽调制(level-shifted pulse width modulation,LS-PWM)策略下,级联H桥型(cascaded H-bridge,CHB)逆变器期望输出电压由多种基本电压波形叠加而成,且在不同的基本电压波形作用下,级联单元的输出功率存在一定的差异。因此要实现级联单元间功率均衡,必须控制级联单元输出电压在一定时间内包含所有使级联单元输出功率不等的基本电压波形。为了实现这一目标,该文结合逆变器输出电平合成方式冗余特性及LS-PWM策略控制自由度思想,提出基于1/4输出周期载波循环的功率均衡控制方法及其优化方案。所提功率均衡控制方法可在不改变逆变器输出电压谐波特性的前提下,在最短的时间内实现级联单元间功率均衡。以三单元CHB型逆变器为例进行理论分析,并通过仿真和实验结果验证理论分析的正确性。     

多模块APF并联系统高频谐波环流分析与控制

有源电力滤波器(APF)的高频开关谐波由于通常不包含在电流闭环控制回路内而表现为电压源特性,造成多模块APF模块间的高频谐波环流,增加了系统功率损耗,降低了系统稳定性和控制精度。针对上述问题,对多模块APF并联系统高频谐波环流进行研究,通过构建系统高频谐波环流数学模型,详细分析了环流的形成机理及其影响,并分析了模块输出滤波器(OF)对环流的影响。最后,提出一种多模块APF协调控制方法,以抑制系统高频谐波环流。理论分析和实验结果表明:各模块SPWM载波不同步是高频谐波环流的主要成因;高频环流不流入电网系统;OF能抑制各模块高频谐波电流的非环流分量,而对于环流分量并无明显的抑制效果,相反会降低系统的稳定性;所提模块化APF并联协调控制方案可有效抑制系统的高频谐波环流。     

负载不对称H桥级联APF直流电压平衡控制

H桥级联型有源电力滤波器(APF)在高压场合的谐波处理方面具有广阔的应用前景。三相三线制系统下负载不对称时,APF输出的基波电压和电流产生不同的有功分量分配至三相,再加上H桥各个模块的差异等原因,导致直流侧电压不均衡,影响APF的正常运行。通过对级联APF功率模型的推导,控制APF输出基波正序有功电流稳定全局电压、输出基波负序电流实现三相之间电压均衡。在全局稳压和相间均压条件下,控制各H桥交流侧输出补偿有功电压矢量实现相内电压均衡,最终将每个H桥直流电压维持在给定值附近,同时APF补偿谐波电流,降低网侧电流THD。在低压条件下的仿真和实验结果验证了所用方法的可行性,为级联APF向更高电压等级场合的应用提供了基础。     

一种改进的有源电力滤波器模型预测电压控制

此处提出了一种改进的有源电力滤波器(APF)模型预测电压控制(MPVC)。将模型预测电流控制(MPCC)价值函数中APF提供的补偿电流转换为逆变器输出电压,以减少逆变器输出电压代入APF的离散化数学模型的计算次数。为了减小价值函数滚动优化次数,并简化算法,提出的控制根据空间矢量脉宽调制(SVPWM)的扇区判断思想,缩小备选电压矢量范围。在价值函数中加入开关频率控制环节,以降低开关频率,减小开关损耗,实现对谐波电流和开关频率的多目标控制。仿真结果和实验结果表明:相对于APF MPVC,改进的APF MPVC的APF开关频率更低,稳态精度更高。     

单相级联H桥APF载波相移梯形波脉宽调制与电容电压平衡控制方法

针对电气化铁路谐波污染的电能质量问题,将载波相移梯形波脉宽调制CPS-TPWM(carrier phase-shifted trapezoidal wave pulse width modulation)策略引入到单相级联H桥多电平有源电力滤波器APF(active power filter)中,同时在单相级联多电平有源电力滤波器直流侧电容电压控制上采用内外层控制策略,以提高直流侧电压的均衡性和稳定性。结合数学分析,搭建3个单元模块的单相级联H桥多电平APF主电路和控制系统进行仿真验证。结果表明:所提方法能够有效抑制电气化铁路中的谐波电流,并且能提高各单元模块直流侧电容电压的稳定性和均衡性。     

基于滑模变结构控制的多电平高效D类功率放大器

介绍了一种新颖的基于级联型多电平拓扑结构的开关型功率放大器，采用相移PWM技术，其开关频率是单个单元开关频率的2N倍，总的输出电压波纹很小，只需要一个较小的滤波器来抑制开关谐波。文中对多电平PWM输出信号的谐波进行分析，重点研究采用滑模电流电压双闭环控制的设计要点并推导其参数，之后研制一台2 kW级联型多电平滑模控制的电流电压双闭环D类功率放大器。试验研究结果表明：采用滑模电流电压双闭环控制的级联型多电平D类功率放大器，明显提高了系统带宽，使系统不仅对阻性负载而且对桥式整流负载都具有良好的快速性和跟踪性能，很好的瞬时响应和稳定性，较高的效率和低的输出信号谐波总畸变率值。     

H桥级联SVG的载波移相调制技术研究

级联多电平高压大容量变流器已广泛应用于电力系统中,载波移相式正弦脉宽调制(CPS-SPWM)技术非常适用于大功率变流器场合。文中分别介绍了双极性CPS-SPWM调制方法和单极倍频CPS-SPWM调制方法,并基于PSCAD/EMTDC软件搭建仿真模型,采用频谱分析方法对其进行对比,结果表明采用双极性CPS-SPWM调制方法输出电压的最低次谐波群出现在N(N是指每相级联单元数)倍的载波频率附近,其等效开关频率提高了N倍,采用单极倍频CPS-SPWM调制方法的输出电压的最低次谐波群出现在2N倍的载波频率附近,其等效开关频率提高了2N倍,因此采用单极倍频CPS-SPWM调制方法其输出波形更接近正弦波,具有更好的消除谐波的特性。     

混合有源与无源滤波器的配合及控制研究

针对有源调谐型混合有源滤波器(HPF)单独投运时5次谐波短时放大和直流侧电压难以控制的问题,提出了与5次无源滤波器(PF)联合投运的解决方案;在联合投运的基础上,提出了基于有源滤波器(APF)输出电压定时调整的谐波控制方法,根据剩余谐波矢量调整APF输出电压矢量,从而减小剩余谐波;提出了一种改进的直流侧电压控制方法来减小APF输出的基波电流,通过矢量分析,得出令APF输出的基波电流最小的控制量,进一步减小APF的容量。仿真研究表明5次谐波短时放大情况得到明显改善,直流电压波动量减小约90%,APF基波电流减小约40%~80%;表明了所提出的联合投运能够良好解决谐波短时放大和直流侧电压困难问题,所提出谐波控制方法能够有效控制谐波,改进的直流侧电压控制方法能够有效减小APF的容量。     

基于PAM+PWM级联多电平逆变器的SVG的研究

为了使级联SVG降低开关损耗、减小谐波含量,提出了PAM(Pulse Amplitude Modulation)+PWM(Pulse Width Modulation)调制策略。四个H桥级联构成PAM单元,各H桥都工作于基频开关频率下,开关损耗较低。第五个H桥构成PWM单元,PWM单元对PAM单元输出阶梯波中的谐波分量进行补偿,极大地降低了电压电流畸变率,提高装置输出电流的质量。PAM单元直流侧采用脉冲轮换策略,有效地抑制了直流侧电压的不平衡。PWM单元采用电流直接控制策略,响应速度快,控制精度高。最后在Matlab/Simulink中建立级联SVG仿真模型,验证了所提方法的有效性。     

基于ARM与FPGA的电流扰动发生器

本文描述了一种基于嵌入式处理器(ARM)和现场可编程门阵列(FPGA)的电流扰动发生器,研究了采用ARM和FPGA构建其控制系统的实现方法。该电流扰动发生器采用单极倍频CPS-SPWM技术,每相主拓扑由2个双级H桥功率单元在逆变侧级联构成,有效提高了输出电压等级范围与等效开关频率,并能够精确输出基波与2~50次任意谐波,为测试APF等被试设备的工作性能与运行状况提供了现场测试环境。通过工业样机试验,证明了该拓扑结构的良好性及实现方法的有效性。     

一种基于载波层叠脉宽调制的倍频调制方法

对于直流侧电压比为1∶2的混合级联H桥七电平逆变器而言,需要对传统的调制方法进行改进,以提高该拓扑的实用性。常规的混合调制方法在一定的调制比区间内存在功率倒灌问题,单极性调制方法虽然有效地解决了这个问题,但是高压单元在部分区间内参与高频工作,限制了整个系统开关频率的提高,混合频率调制方法在一定程度上可以降低高压单元的开关频率,但输出电压谐波特性又会受到影响。针对以上问题,提出一种基于载波层叠脉宽调制(LS-PWM)的倍频调制方法,一方面解决传统混合调制方法固有的功率倒灌问题,另一方面在高压单元开关频率较低的情况下保证逆变器输出电压具有良好的谐波特性。仿真和实验结果证明了理论分析的正确性。