新型混合级联多电平逆变器拓扑及调制策略

为解决现有非对称级联多电平逆变器存在低压单元电流倒灌和输出电平数少的问题,提出一种基于开关电容电路的混合级联多电平逆变器。首先,在两单元非对称级联H桥型逆变器的低压单元中嵌入一个开关电容电路,有效避免了低压单元电流倒灌,且输出电平数得以增加。然后,为减少所提方案应用于三相系统时所需直流电源的数量,提出了用三电平中点箝位型或T型逆变器电路作为高压单元的三相混合级联多电平逆变器拓扑。之后,针对所提逆变器拓扑的特性,提出了含有移相载波和层叠载波的混合调制策略,在满足逆变器输出高质量正弦脉宽调制电压波形的同时,有效减小了开关电容电压纹波和开关器件的切换频率及开关应力。最后,通过实验验证了所提混合级联多电平逆变器拓扑及调制策略的可行性。     

一种混合级联多电平逆变器的混合调制

本文研究了一种二极管箝位型混合级联型多电平逆变器的混合调制方法。逆变器由一个二极管箝位型逆变器和一个H桥单元级联组合而成,每个单元采用不同的独立直流电源,此结构还可以扩展到与多个H桥单元级联。相较于传统级联型多电平逆变器,在输出相同电平的情况下,这种逆变器使用较少的开关器件和较少的独立电源即可实现,从而简化了电路,降低了成本。由于使用了混合调制方式,可以使二极管箝位型逆变器工作在低频状态,而传统H桥逆变器工作在高频状态,从而可以在不同逆变器中使用不同的开关设备,并可以有效避免功率倒灌现象的发生。     

混合级联H桥逆变器的改进拓扑及其混合调制方法

为了降低混合级联H桥逆变器中混合调制方法的设计难度和高压单元的开关频率,本文提出了一种改进混合级联H桥逆变器方案。在改进混合级联H桥逆变器方案中,通过合理地设置逆变器直流电压比获得了一种改进混合级联H桥逆变器拓扑;通过融合阶梯波调制方法和载波层叠调制方法获得了一种改进混合载波层叠调制方法。仿真和实验结果表明:本文所提改进混合级联H桥逆变器方案可以消除电流倒灌问题,降低混合调制方法的设计难度并保证高压单元工作在基波频率。     

混合级联九电平逆变器功率均衡调制策略研究

三单元混合级联多电平逆变器可以使用较少的开关器件实现高质量电压输出,但其在传统的混合频率调制策略下存在低压单元开关损耗及级联单元间输出功率不均衡等问题.基于此,首先,提出一种改进型混合调制策略,并推导改进型混合调制策略下级联单元输出电压基波表达式,进而得出各级联单元平均输出功率表达式;然后,对改进型混合调制策略进行功率...     

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。     

双低压型混合级联逆变器的改进混合调制

为解决混合级联九电平逆变器中的电流倒灌问题和降低功率平衡方法的数字设计难度,提出了一种改进的混合调制策略。该混合调制策略可分为两步:首先,通过改进混合级联九电平逆变器拓扑及混合调制方法消除电流倒灌问题;然后再利用逻辑运算对低压单元开关管的初始驱动信号进行功率平衡优化,得到低压单元开关管的实际驱动信号,进而简化功率平衡方法。仿真和实验结果表明:该策略能够在较低调制度下,实现逆变器的高压单元工作在基波频率和2个低压单元的功率平衡。     

多电平逆变器载波调制与空间矢量调制的等效关系

目前对于载波调制和空间矢量调制这两种调制方法之间的关系在多电平领域尚缺乏系统的理论分析与比较。文中在一种通用的多电平空间矢量调制算法的基础上,对多电平空间矢量调制和载波调制方法的开关状态及其作用时间分别进行了详细的解析分析,系统地研究并证明了当采用同样的参考电压时,两种方法之间是完全等效的,并且分析方法和结果普遍适用于任意电平数目的情况。进一步分析了这两种调制方法之间等效关系的本质,通过具体试验结果和应用示例验证了这种等效关系并说明了这种等效关系的意义。这两种多电平调制方法之间的等效关系将使多电平脉宽调制控制策略可以在一个统一的体系下进行研究。     

改进型混合频率载波调制策略的研究北大核心

混合级联多电平逆变器具有使用开关器件数量少、电平数量多、谐波性能好等优点,从而受到广泛关注,但其结构上的特点引起的功率环流和不易模块化等问题一直影响实用化。采用混合频率载波调制法的混合7电平逆变器,可以消除功率环流,但是其在进行电压等级扩展时引入了较多低压单元。提出了一种新型结构的高压大功率混合级联多电平逆变器和与之相应的PWM调制方法,该方法基于混合频率载波调制法,可以避免混合调制下的功率环流问题,并且使高压单元的功率实现自然均衡,从而使逆变器模块化变得简单。最后通过仿真对所提出的方法进行了验证。     

一种混合级联逆变器的改进载波层叠调制方法

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,提出了一种基于载波层叠调制的改进调制方法,首先通过传统载波层叠调制方法产生脉宽调制(PWM)脉冲信号,然后以目标波形为参照对PWM脉冲信号进行逻辑组合后得到各个开关管的初始驱动信号,最后再对开关管的初始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。仿真和实验结果表明,该调制方法能够使逆变器在高压单元工作于基波频率的情况下,解决电流倒灌问题和实现两个低压单元的功率平衡。     

多电平逆变器多载波调制策略的谐波分析

针对多电平逆变器多载波调制策略的谐波问题,采用双边傅里叶变换方法,提出了一种通用的谐波分析方法,得出输出电压谐波的解析表达式,从理论上阐述了多载波调制策略的谐波特性.根据所得出的通用谐波解析表达式,推导了一种具有特定相邻载波相位关系的调制策略谐波解析表达式,给调制策略的实际应用提供了理论依据.同时对3电平、5电平及7电...     

基于不对称级联逆变器的串联混合有源电力滤波器

提出了一种基于不对称级联多电平逆变器(ACMI)的串联混合有源电力滤波器(SHAPF)及其控制策略.其中,ACMI的各单元逆变器的输出额定电压呈3的幂次方增长,N个单元逆变器的级联可以输出3N电平的阶梯波电压.该SHAPF的串联有源部分被控制为一个幅值由负荷电压基波有效值偏差确定、相位与线路终端电压基波正序分量相同的基波正弦电流源,用同一个装置和同一套控制策略可以实现电源电压扰动(包括谐波、电压降落和不对称等)隔离、负荷谐波电流补偿、负荷节点电压基波幅值调整、线路终端功率因数调整和故障电流限制等功能.与传统SHAPF相比,该SHAPF具有功能多、控制简单、补偿效果好以及其串联有源部分开关损耗小和易于实现大容量化等优点.数学推导和仿真分析验证了该SHAPF及其控制策略的正确性和有效性.     

混合级联多电平逆变器研究

在传统的级联多电平逆变器的基础上，提出了混合级联多电平逆变器拓扑结构及其相应的混合调制控制策略，针对传统的多电平逆变器存在开关器件电压应力过大的问题，提出了高电压低频阶梯波和低电压高频PWM相结合的混合调制控制策略，并对其逆变系统进行DQ变换建模及仿真研究。     

A Single-phase Hybrid Multi-level Inverter

This article presents a single-phase 17-level hybrid multi-level inverter. The cascaded unit is made up of two five-level inverter configurations: a diode-clamped inverter and an inverter constituted of a main inverting H-bridge leg and level-clamping half-bridge circuit. The asymmetrically cascaded inverters have a separate DC input ratio of 1:3 that affects reduction in the power circuit component count in the single-phase multi-level inverter system. The operational principles, modulation schemes, and switching functions have been analyzed in detail. Fast fourier transform analysis of the output voltage waveform was carried out, and a low total harmonic distortion value of 7.61% was obtained. The validity of the proposed hybrid multi-level inverter is verified through simulation and experimental results.     

多电平逆变器通用组合拓扑结构及调制策略的研究

以多单元串联型逆变器拓扑结构为基础,提出了一种多电平逆变器通用组合拓扑结构的构成原则,对多电平逆变器拓扑结构的研究进行了统一.根据该通用拓扑结构所提供的自由度,构造出了几种新型的组合拓扑结构.同时,基于传统的应用于多电平逆变器的多载波SPWM调制策略,提出了对应于组合拓扑结构的组合调制策略.仿真结果验证了组合拓扑结构及组合调制策略的有效性,为多电平逆变器组合拓扑结构的实际应用奠定了基础.     

Research on Modulation Strategies Based on Multilevel Inverter Universal Hybrid Topology

Based on multi-module-cascaded inverter topology, this study presented a universal multilevel inverter hybrid topology and unified the researches on multilevel inverter topology. According to the freedom of this universal topology, several new hybrid topologies were constructed. Also, based on conventional modulation strategies-- multi-carrier SPWM (Sinusoidal Pulse Width Modulation), hybrid modulation strategies were introduced corresponding to hybrid topologies, and a multilevel SVPWM (Space Vector Pulse Width Modulation) technique based on phase-shifted theory was naturally produced. Simulation and experiment results prove that hybrid topologies and corresponding modulation strategies are valid, which lay a foundation for practical application of hybrid multilevel inverter topologies.     

一种降低高次谐波的变载波频率调制方法

此处提出了一种变载波频率调制方法,即当正弦电压幅值较高时采用较低的载波频率,而当正弦电压幅值较低时采用较高的载波频率。该方法与固定载波频率调制相比,在保持总开关次数不增加的条件下,减少输出电压的高次谐波含量。阐述了该调制算法下调制电压高次谐波分布与载波频率之间的关系。通过仿真分析及样机实验验证了该方法对降低调制输出电压的高次谐波具有良好的效果。     

级联型逆变器的新型简化多电平空间矢量调制方法

传统多电平空间矢量调制(space vector modulation,SVM)方法需要大量的矢量选择等复杂运算,级联数目较高时,算法变得异常复杂而难以实现。该文借鉴载波移相调制的思想,提出一种新颖的基于两电平SVM的简化多电平SVM方法。将各级H桥逆变器施加相同幅值和相位的电压矢量,而将各自的电压矢量更新时间相互错开,进而形成相应的多电平输出电压波形。每个采样周期只需依据两电平SVM算法计算一单元的主、辅电压矢量及其作用时间,计算量与级联数目无关,进而显著简化了算法难度,并增强了可扩展性。三单元情况的仿真和实验结果证明了所提出方法的正确性和可行性。