基于零序电压分量注入的单相三电平NPC整流器脉宽调制方法

直流侧中点电位电压偏移是多电平中性点钳位型变流器的主要缺点。以单相三电平NPC整流器为研究对象,以实现直流侧中点电位无漂移为控制目标,以传统的单相三电平单极性载波脉宽调制方法为基础,首先提出一种基于零序电压分量注入的载波脉宽调制算法;然后在此基础上给出基于零序电压分量极限值注入的载波脉宽调制算法;并给出这2种方法的零序电压分量的设计方案;最后,对这2种方法进行了详细的理论分析、计算机仿真和1kW样机实验对比验证。研究结果表明：所提出的2种算法都能有效实现直流侧中点电位平衡控制,其中基于零序电压分量极限值注入的载波调制算法的中点电位控制具有更快动态响应速度,且其网侧电流的高次谐波主要分布在开关频率附近;而基于零序电压分量注入的载波调制算法的网侧电流高次谐波主要分布在2倍开关频率附近。但是在一个调制信号周期内,基于零序电压分量极限值注入的载波调制算法的开关切换次数比基于零序电压分量注入的载波调制算法低25％左右。     

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。     

一种消除中点电位低频振荡的三电平逆变器载波调制方法

提出了一种二极管箝位型(NPC)三电平逆变器载波调制方法,该方法能消除三电平逆变器直流侧中点电位低频振荡,适用于任意非线性负载情况。该方法从空间矢量脉宽调制方法和载波调制方法本质联系出发,通过向调制波中注入一定的零序电压分量,达到了与空间矢量脉宽调制同样的电压利用率。该方法将调制波分成2部分,分别与载波进行比较,来决定开关管的工作状态。对直流侧中点电位采用了闭环控制,通过检测直流侧电容电压的大小和三相负载电流的方向,对每相的2部分调制波进行适当的调节,从而调整流入或流出中点的电流的作用时间,有效地保证了系统运行过程中直流侧电容电压平衡。该方法简单易行,易于数字化实现。仿真结果验证了该方法的正确性和可行性。     

基于双调制波的三电平NPC逆变器控制策略

中点箝位型(NPC)三电平逆变器在实际使用过程中,其中点电压不平衡问题一直存在。首先分析了直流侧电容电压不平衡原因实际是由于"O"状态充放电不平衡造成,针对传统载波调制受负载功率因数限制的不足,提出一种双调制波载波脉宽调制(DMWPWM)策略,该策略通过注入电压补偿量以调整"O"状态的占空比,来达到能在负载任意功率因数范围内实现直流侧电容电压平衡的目的。为减小开关损耗,电压补偿量只叠加在双调制波均不为零的情况下。最后通过仿真和实验验证,证明了该策略分析方法的正确性和有效性。     

三电平并网变流器中点电位自平衡特性分析及拓扑改进

传统三电平并网变流器中点电位自平衡时间较长,中点电位可能产生较大偏移,使并网电流低次谐波增加,常需采用中点电位控制防止中点电位偏移。为充分发挥拓扑的自平衡能力,省去中点电位控制算法,文中首先定量分析了载波同相层叠脉宽调制输出电压的谐波分布特性,在此基础上,给出了传统拓扑中点电位自平衡机理及影响因素。针对传统拓扑自平衡时间的制约因素,提出了三电平并网变流器中点电位自平衡改进拓扑,通过新增零序通路在载波频率处产生串联谐振,减小阻抗,从而显著提升自平衡速度。最后,仿真和实验结果表明改进拓扑能快速有效地将中点电位稳定于直流侧电源中点,且自平衡速度不受直流侧电压不平衡度影响,中点电位平衡后并网电流质量较高。相对传统拓扑,自平衡速度提高10倍以上,与传统中点电位控制速度相当,因此,可省去中点电位控制。尽管所提拓扑需增加一个小电容,但其无需电压偏差检测,无需增加或调整控制算法,适用于全功率因数范围,易于实现。     

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。     

单相Z源三电平中点钳位逆变器空间矢量调制方法

研究了一种单相Z源三电平中点钳位（NPC）逆变器。提出了一种适用于该单相Z源三电平NPC逆变器的空间矢量脉宽调制（SVPWM）方法,实现了逆变器的升压输出。根据负载电流方向和直流侧分压电容电压偏差的大小,通过调整正负小矢量的作用时间,实现了直流侧分压电容中点电位的平衡控制。仿真结果验证了该单相Z源三电平逆变器及其空间矢量调制方法的有效性。     

适用于中点箝位型三电平逆变器的多目标调制策略

为同时实现中点箝位型三电平逆变器的中点电压平衡和共模电压降低,分别分析了基于载波脉宽调制（CBPWM）和基于虚拟空间矢量脉宽调制（VSVPWM）的中点电压平衡和共模电压降低方法。基于CBPWM提出一种可以降低共模电压的载波脉宽调制（RCMV＿CBPWM）策略,可将大多数工作区域的共模电压限制在直流侧电压的1/6以内。为了实现上述2个目标,同时不过分增加开关损耗,在RCMV＿CBPWM基础上提出了一种多目标调制（MOPWM）策略,在全调制度和全负载功率因数范围内,共模电压可限制在直流侧电压的1/6以内并实现中点电压平衡,且其开关损耗低于VSVPWM。比较了MOPWM、RCMV＿CBPWM和VSVPWM在中点电压控制、共模电压降低和开关损耗降低方面的性能。实验结果验证了MOPWM的可行性和优越性。     

三电平中点钳位电压型逆变器带不平衡负载时的复合控制策略

为了改善不平衡负载条件下三电平中点钳位型(NPC)电压型逆变器的输出电压波形,采用了延迟信号撤销法(DSC)分离出正序和负序电压分量分别进行控制。但此方法在修正了电压波形的同时,会进一步增加输出电流的不对称性,导致在空间矢量脉宽调制算法(SVPWM)下三电平NPC电压型逆变器中点电位的波动加剧。针对这个问题,计算了负序电流分量对中点电位波动的影响。结果显示随着负序不平衡度增加,中点电位等效控制能力有可能增大或者减小,主要取决于输出功率因素。而当调制比>0.5时,由于功率因数和负序不平衡因数不匹配,在该开关周期内无法对中点电位进行补偿。同时也找出了1个开关周期内控制冗余小矢量的作用时间对中点电位调整能力的边界,从而建立了中点电位控制的空间矢量调制算法。另外,提出了基于DSC算法对电压正负序分量进行分离,分别在正向负向旋转坐标系下进行电压控制,并结合中点电位控制的复合控制方案。仿真计算表明该控制方案下,负序电压分量在负方向旋转的坐标系下得到控制,同时负序电流作用使得中点电位的波动加剧,但是在空间矢量中点电位调制下,中点电压波动得到抑制。仿真结果验证了该复合控制策略下三电平中点钳位型电压型逆变器具有较好的带不平衡负载的能力。     

单相三电平电机驱动器中点平衡控制算法

提出了一种基于SPWM调制方式的单相三电平电机驱动器中点平衡控制算法。该算法根据当前中点电位状态和负载电流方向,利用SPWM调制中的冗余中间开关状态对调制结果进行修正,从而起到抑制直流侧中点电位偏移的作用。详细阐述了该算法的控制原理和理论依据,并给出了详细的操作步骤。最后,通过MATLAB/Simulink建模仿真,验证了该算法的有效性。该算法适用于各种单相电机驱动器产品和级联高压变频器产品,可以有效地将三电平驱动器直流母线中点电位偏移控制在合适的范围内,且不影响原电路的电压与电流,增加了驱动器的稳定性。