具有共模电压减小和电容电压平衡的五电平有源中点钳位型变换器SVPWM算法

针对五电平有源中点钳位型(ANPC)变换器共模电压和电容电压平衡问题,提出一种基于gh坐标系的改进空间电压矢量调制(SVPWM)算法。所提SVPWM算法能够减小共模电压,同时实现悬浮电容电压和直流侧电容电压的平衡控制。首先,通过选取合适的冗余开关状态减小共模电压。其次,根据各相悬浮电容电压偏差和输出电流方向,选取合适的冗余开关组合,实现悬浮电容电压平衡。同时,提出一种中点电压模型预测控制(MPC)策略,根据目标函数对所有五段式开关序列进行滚动寻优,选取最优开关序列。最后,实验验证了所提SVPWM算法的有效性。     

基于SHEPWM的三电平ANPC逆变器多目标控制策略

介绍了一种采用特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)的三电平有源中点钳位逆变器控制方法。该方法在特定谐波消除调制基础上,可以有效地控制中点电压的平衡,抑制共模电压。通过对矢量化的开关序列的替换,在保证输出线电压不变的同时,实现中点电压平衡控制和共模电压抑制。根据三相电流的大小合理地选择开关切换时间,降低了开关损耗。最后,通过仿真和实验结果验证了该方法的可行性及有效性。     

一种基于PWM脉宽动态调节的三电平中点平衡方法

提出一种基于PWM脉宽动态调节的三电平中点平衡方法,实现逆变器在低开关频率下的优化PWM高性能闭环控制及其三电平中点平衡控制。由电流观测器提取出电流基波分量,计算动态调节时间和稳态调节电压,避免电流纹波采样参与调节造成的调节时间摆动。通过对各相PWM边沿独立修正,三相PWM脉宽修正之间没有耦合,因此所提方法突破了常规方法中用共模分量调节中点平衡的限制,适用于特定谐波消除(SHE)调制等需查表优化开关角实现同步调制的场合。     

嵌套式中点可控型五电平变换器新型空间电压矢量调制策略

针对嵌套式中点可控型(nested neutral point piloted,NNPP)五电平变换器电容电压平衡问题,提出一种基于gh坐标系的五电平NNPP变换器新型空间电压矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)算法。同时,给出悬浮电容电压平衡和直流侧中点电压平衡控制策略。通过选取各相输出电平对应的冗余开关组合,实现悬浮电容电压平衡。根据中点电压波动模型,提出一种基于开关序列优化(switching sequence optimization,SSO)的中点电压平衡控制策略。采用五段式开关序列设计,建立目标函数,根据中点电压偏差,对开关序列进行动态选择,选取最优开关序列。最后搭建了五电平NNPP变换器实验样机,稳态和动态实验结果验证了所提新型SVPWM算法和电容电压平衡控制策略的有效性。     

共模电压减小的五电平ANPC快速模型预测控制

针对三相五电平有源中点箝位型(ANPC)逆变器共模电压和电容电压平衡问题,提出了一种具有共模电压减小的快速模型预测控制(MPC)策略。首先,通过建立变换器输出共模电压的数学模型,舍去对共模电压影响较大的电压空间矢量,有效抑制了共模电压的脉动;在此基础上通过扇区划分,减少了控制集内的电压矢量数;然后根据悬浮电容电压采样值选择合适的开关状态,控制了悬浮电容电压的平衡。最后,将负载电流和上、下直流母线电容电压值作为预测模型的输入,选择价值函数最小的开关状态作为控制器的输出。此方法在平衡电容电压和减小共模电压脉动的基础上,降低了价值函数构建的复杂性,减小了控制器的计算量,提高了计算效率。     

基于SHEPWM的三电平NPC逆变器中点电位平衡控制算法

以三电平中性点钳位型(NPC)逆变器为对象,提出基于特定次谐波消除脉宽调制(SHEPWM)的中点电位平衡控制算法。首先介绍空间矢量脉宽调制中点电位平衡原理与SHEPWM开关角求解模型,然后分析三相SHEPWM波形在不同调制度下对应的开关矢量序列和作用角度,基于此设计了三种冗余矢量调整方案,最后通过检测负载电流与中点电位,由中点电位滞环控制器和控制逻辑组合作用,直接对三相脉宽调制信号进行在线调整,实现中点电位平衡。实验结果表明:不同的矢量调整方案具有不同的中点电位平衡速度、平均开关频率等,但均不影响线电压的谐波消除能力;采用中点电位三级滞环控制器可兼顾中点电位平衡、波形对称、共模电压幅值,且不增加器件开关次数。     

ANPC三电平逆变器SHEPWM优化研究

对有源中点箝位型(ANPC)三电平逆变器在特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)控制策略下的母线中点电压平衡问题进行了研究。通过研究SHEPWM与空间矢量脉宽调制(SYPWM)的本质联系,将SHEPWM三相输出视为与SVPWM一致的空间矢量集,分析SHEPWM的解得到开关矢量对中点电压的影响,从而提出一种SHEPWM优化控制策略,该控制策略通过动态变换SHEPWM的开关状态,将一个小矢量替换为与之成对的另一个小矢量,从而在不影响消除线电压特定谐波的前提下,选择合适的小矢量使中点电压趋于平衡,最后搭建了三电平实验平台对所提出的控制策略进行实验验证,实验结果表明了该控制策略的有效性。     

消除偶次谐波的三电平SVPWM调制方法及其实现

传统SVPWM方法所产生的电压谐波既有偶次分量又有奇次分量,本文分析了偶次谐波的产生机制与原因,提出了以A型开关顺序与B型开关顺序相互配合的消除偶次谐波的改进型开关顺序方案.中点电位不平衡是三电平逆变器的-个固有问题.本文对此进行了详细探讨,并提出了一种基于中点电流方向和直流侧电容电压的中点电位平衡控制方法.该方法通过调整平衡控制因子以达到较准确地控制中点电位的平衡.仿真分析验证了本文所提出的控制算法的正确性和有效性.     

基于谐波观测器的Conergy NPC单相逆变器中点平衡策略

提出了一种对周期非正弦信号中各谐波含量实时估计的谐波观测器算法,并将其应用于中点平衡策略。在分析单相全桥Conergy NPC逆变器的开关模型与单相SVPWM调制策略基础上,研究一种基于动态控制参数的中点平衡策略;基于状态观测器原理,设计了滤波电容电压的谐波观测器,实时估计出滤波电容电压中各次谐波分量信息和分量正交信息,利用这些估计信息实现中点平衡策略。仿真和实验都验证了基于谐波观测器的中点电位平衡策略可行性与有效性。     

基于空间电压矢量的有源中点箝位型五电平逆变器母线中点电压平衡问题的研究EI北大核心CSCD

有源中点箝位型五电平(active neutral-point-clamped five-level,ANPC-5L)变换器与三电平相比,具有输出电压等级较高、输出功率更大、电流谐波含量较低等特点,在高压大功率领域具有较高的研究价值。以ANPC-5L变换器作为研究对象,采用空间电压矢量脉宽调制控制算法,通过分析ANPC-5L变换器的单相拓扑结构及其工作原理,针对不同开关状态下的ANPC-5L变换器的母线中点电压的波动模型进行研究分析,得出了平衡母线中点电压偏差的公式及ANPC-5L变换器中点电位的平衡域曲线。以此为基础,提出一种有效平衡中点电压的控制方法,通过选择参考电压矢量所在三角形的开关序列及同时控制复用矢量的作用时间之比,实现了悬浮电容电压与中点电压的解耦和平衡控制,最后通过实验进一步验证了控制算法的正确性和有效性。     

中点箝位型三电平逆变器空间矢量与虚拟空间矢量的混合调制方法

中点电压偏移是中点箝位型(neutral point clamped,NPC)多电平逆变器的主要缺点。空间矢量脉宽调制(space vector pulse-width modulation,SVPWM)由于算法本身的缺陷,在调制度较高且功率因数较低时,电容电压出现低频波动。虚拟空间矢量调制(virtual SVPWM, VSVPWM)方法能够在全范围内处理中点电压偏移问题,但存在开关次数较多,谐波特性较差的缺点。该文建立含电容电压的NPC三电平逆变器的PWM模型,讨论SVPWM和VSVPWM的约束条件。在特定的区域采用SVPWM,其他区域采用VSVPWM,给出了这2种调制策略的切换条件。实验结果表明,混合调制方法(hybrid PWM,HPWM)较之以前的解决方案能够更好的平衡电容电压,并且也能够有效的降低开关次数和提高逆变器输出的谐波特性。     

四桥臂三相逆变器的特定谐波消除控制

提出了四桥臂三相逆变器的特定谐波消除控制(selected harmonic elimination ，SHE)方案。传统的SHE思想利用傅里叶分析建立消除低次谐波的方程，在单相逆变器和三桥臂三相逆变器中得到较广的应用，该文将SHE思想扩展应用于四桥臂三相逆变器中。4个桥臂开关管的控制脉冲产生思路为：①逆变器的3个桥臂采用SHE技术消除6k±1次谐波(其中k为1、2、3 …)；②通过第四桥臂产生和其余3个桥臂产生的3k次谐波相抵消的低次谐波。此方法消除了四桥臂逆变桥产生的所有低次谐波，输出电压总谐波含量(hTHD)小，开关频率低，适用于中大功率中高频输出的应用场合。采用本控制方法的四桥臂三相逆变器还具有不平衡负载下相电压不平衡度小、输入直流电压利用率高等优点。仿真研究和实验结果验证了理论分析结论。该文的拓展型SHE控制思想还可以扩展应用于M桥臂M-1相输出的场合。     

一种新的三电平中点电位滞环控制法

该文针对三电平中点电位平衡原理提出了一种中点电位的滞环控制方法，该方法根据当前的PWM组合和各相输出电流方向判断出中点电流方向，通过滞环比较的方式得到中点电压偏向，并由此判断当前PWM对中点电位的作用，将当前的PWM组合中可以实现中点电位平衡的组合重新分配使之有利于中点电位的平衡。该方法独立于具体的PWM调制模式，因此可以胜任各种PWM调制模式下的中点电位调整。而且也可通过调整滞环宽度的方法来调整中点电位的允许波动和开关管开关次数。该文以特定谐波消除PWM方法(SHEPWM)为例，仿真和实验结果显示了很好的中点平衡效果。该方法对三电平中点电位平衡上具有通用性。     

基于3次谐波控制及脉冲波动分析的三电平SHE-PWM调制优化策略

提出一种改进的特定谐波消除调制(SHE-PWM)策略,该策略能够抑制NPC型三电平逆变器中点电压波动,消除线电压低次谐波。传统特定谐波消除策略下的脉宽调制电压幅值始终默认为恒定值,即1/2直流侧电压。但实际工况下中点电压波动会导致脉宽调制电压变化不等。因此传统调制求出的开关角在脉冲电压波动的情况下并不能彻底完成指定次谐波消除,输出电压中仍含有少量低次谐波。针对该问题,深入分析了相电压中基波与3次谐波对中点电压波动的影响,对传统SHE-PWM策略进行了改进,通过引入3次谐波控制方程和脉冲电压波动权值系数重构傅里叶方程组。通过实验与传统SHE-PWM策略进行对比,结果表明利用重构的傅里叶方程组求得的开关角能更好地抑制中点电压波动,降低低次谐波含量,进而验证了改进SHE-PWM策略的有效性。     

基于特定谐波消除PWM的三电平有源中点钳位逆变器共模电压抑制方法

带电机负载的逆变系统中,降低逆变器输出共模电压的幅值对预防定子绕组绝缘击穿、延长轴承寿命和减小电磁干扰等具有重要意义。以三相三电平有源中点钳位型逆变器为研究对象,分析了三相特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)输出开关状态产生的共模电压幅值及其对中点电压的影响,研究了SHEPWM方法的中点电压自平衡特性,提出了一种改进的SHEPWM控制策略。该控制策略在不影响消除线电压特定谐波及保持中点电压自平衡特性的前提下,能有效降低逆变器输出的共模电压幅值。最后搭建了三电平有源中点钳位型逆变器仿真和实验平台,并对提出的控制策略进行验证,实验结果证明了控制策略的有效性。     

一种新型五电平逆变器电容电压平衡策略研究

以一种新型有源中点筘位型五电平逆变器拓扑为研究对象,分析了其工作原理,重点研究了其开关状态对母线中点电压和悬浮电容电压的影响。在此基础上提出一种最优开关组合控制策略,基于最优函数的思想选择合适的冗余开关状态组合实现电容电压的平衡控制。仿真和实验验证了所提出的平衡控制策略的有效性。所提平衡思想与控制策略可广泛应用于各种有源中点箝位型拓扑,具有较强的推广性与实用性。     

三电平ANPC逆变器优化开关序列模型预测控制

针对三电平有源中点箝位型(ANPC)逆变器提出一种优化开关序列的模型预测控制(MPC)策略,根据逆变器拓扑结构建立了数学模型,选择最优的开关序列对逆变器进行控制。所提方法改善了传统MPC开关频率不固定和采样频率较高的缺点,构建了包含电流偏差和中点电压偏移量的价值函数,选择使价值函数最小的开关序列和时间序列作为输出。仿真和实验结果表明,所提优化开关序列的控制策略具有有效性与可行性。     

适用于高压直流输电的主动换相换流器特定谐波消除脉宽调制策略研究

基于可关断功率半导体器件的电流源型主动换相换流器(actively commutated converter,ACC)具有电路拓扑简单、功率因数可控、支持黑启动、不存在换相失败风险、直流侧无需配置储能电容等优点,相比传统电网电压换相换流器(linecommutatedconverter,LCC)可以提高可控性,相对于电压源型换流器(voltage source converter,VSC)可减小换流器的重量和体积,降低成本,具有广阔的应用前景。但是,ACC将功率半导体器件串联使用以提高电压等级,功率半导体器件的开关频率受到严重限制。为了实现低开关频率下的低谐波电流,该文在分析ACC约束条件及特定谐波消除法(selective harmonic elimination,SHE)工作原理的基础上,提出了通过"虚拟相电流"生成换流器触发信号的调制方法,可以在满足ACC开关约束的条件下显著简化SHE调制方法的实现过程。仿真和实验结果验证该文理论分析及所提出的SHE调制策略和零开关状态分配原则的正确性和有效性     

一种零序电压注入的T型三电平逆变器中点电位平衡控制方法

T型三电平逆变器因其功率器件使用数量少、通态损耗低和功率密度高而被广泛应用于低压大电流领域。T型三电平逆变器的中点电位平衡控制是其关键技术之一,中点电位的不平衡将会导致输出电压和电流的谐波畸变率增加,且会降低直流侧电容的使用寿命。该文在传统的零序电压注入法基础上,研究了一种基于前馈加反馈补偿的零序电压注入,用以控制中点电位的平衡和抑制低频电压的脉动。通过建立T型三电平逆变器的开关函数模型和中点电位模型,详细分析了中点电位的平衡机理,推导了三相调制电压与注入零序电压之间的关系。该方法省去了复杂的占空比计算,可以实现中点电位平衡控制和低频电压脉动的抑制。最后通过实验验证了所提出的控制方法的正确性和有效性。     

考虑中点电压平衡的三相四开关变换器模型预测电压控制

三相四开关变换器作为三相六开关变换器的容错结构,在离网模式下,直流侧电流经电容流入故障相,导致直流侧中点电压不均衡,进而降低了负载侧电能质量,影响电容器寿命。针对此问题,设计一种考虑中点电压平衡的模型预测电压控制策略。首先,对离网模式下的电压矢量进行分析,建立αβ两相静止坐标系下的电压预测模型。在此基础上设计中点电压平衡控制,通过低通滤波器提取直流侧电容中点电压偏差值中的直流分量,经预测模型计算得到电流补偿值。将其代入价值函数求解最优电压矢量,进行模型预测电压控制,实现三相四开关变换器离网模式操作。该控制策略无需锁相环和PWM调制,易于实现。通过仿真及实验,验证了所提出控制策略的有效性。