悬浮电容多电平逆变器的通用PWM控制方法

多电平逆变器及其PWM控制是近年来电力电子应用领域的研究热点。悬浮电容多电平逆变器因为不需要独立的直流电源来维持每级电平电压和电平数容易扩展等优点而备受青睐，但是悬浮电容电压的平衡问题却制约其推广应用。针对该问题，该文提出一种理论上适用于任意电平悬浮电容逆变器的通用PWM控制方法，该方法由“波形优化电压合成算法”和“开关状态选择法则”两部分组成。前者基于“伏秒等效”原则，以优化输出线电压波形为目标，由参考波直接确定各相电压电平和相应的持续时间及输出顺序；后者则用于选择合适的冗余开关状态，以同时控制悬浮电容电压的平衡，而且还能保证功率开关频率的均衡，便于实现数字化。该方法在悬浮电容五电平逆变器系统进行了大量的仿真，并给出了部分实验结果。     

内蕴电压平衡控制的飞跨电容逆变器的PWM方法

采用多电平结构是逆变器实现高电压大容量化的有效途径。飞跨电容逆变器因为只需要一个独立直流供电电源、电平数易扩展、控制灵活等优点而备受青睐，但是电容电压的平衡问题却制约其推广应用。针对此问题，该文提出一种内蕴电压平衡控制的PWM方法，该方法由直接PWM算法和基于最大单元电压偏差抑制的开关状态选择法则组成，前者是由给定的ABC坐标系下的参考电压来确定逆变器所需输出的电平电压、相应的作用时间及作用顺序；后者是确定逆变器的开关状态以产生已确定的电平电压，同时控制电容电压的平衡。该PWM方法理论上适用于任意电平的飞跨电容逆变器，它不但能够有效控制电容电压的平衡，而且还能够保证功率开关频率的均衡、便于数字化实现。该文给出了该方法的数字化实现原理。最后，基于飞跨电容五电平变频器对所提出的PWM方法，做了详尽的仿真分析和大量的实验验证。     

级联不对称五电平逆变器电容值分析

相对于其他大多数对称拓扑结构的逆变器而言,级联不对称五电平逆变器在生成五电平的同时,开关状态减少至对称拓扑结构逆变器的二分之一,并且降低了钳位电容和二极管的使用数量,此外,母线电容中点电压也可以实现自平衡。文中基于级联不对称五电平逆变器的拓扑结构,分析了在载波移相PWM调制策略下直流母线电容和悬浮电容的取值问题,并对该拓扑结构进行仿真分析。仿真结果表明,该拓扑结构开关函数简单易于控制,母线电容电压基本保持稳定且能够实现自平衡。选取适当的母线电容值以及悬浮电容值能够非常有效地减小输出的谐波分量,并提高电容的利用率。     

一种基于飞跨电容的升压七电平逆变器

3种传统多电平逆变器(MLI)存在需要额外的辅助控制电路平衡电容电压,需要多个独立电源,需要较多器件从而增大了逆变器体积等问题,以上缺点一定程度上限制了它们的应用。此外,由于受体积、成本、效率和电能质量等因素的限制,从五级拓扑扩展到七级拓扑是较难的。针对以上限制和困难,提出了一种基于飞跨电容的升压七电平逆变器,该拓扑不需要多个独立电源,仅需8个开关管、两个二极管和3个电容就能够输出七电平电压,还具有1.5倍升压功能,在不需要辅助控制的前提下通过开关模态即可实现电容电压平衡。同相载波层叠脉冲宽度调制方法被应用于所提逆变器。为了验证该拓扑的可行性,实验实现了该拓扑的功能。     

阶梯充电自平衡开关电容多电平逆变器

针对传统多电平逆变器功率器件多、结构复杂等缺点,将开关电容技术应用于多电平逆变器拓扑,提出一种可扩展的模块化多电平逆变器.所提逆变器通过开关电容模块中的双电容阶梯充电与串联叠加以及模块的串并联转换,能够以较少的器件输出更多的电平,可以降低逆变器输出电压的谐波畸变率.逆变器不需要额外的电压平衡控制或电压平衡回路即可实现电...     

二极管箝位式五电平变换器直流侧电容电压的控制

多电平逆变器能产生多阶梯、低失真电压波形,特别适合于大功率高电压场合。在多电平逆变器中,二极管箝位式由于具有不需要独立的直流电源、控制简单等优点倍受青睐。然而由于它存在直流侧电容电压不平衡问题,因而还未能够在有功功率变换中得到广泛应用。针对这一问题,文献中曾有研究,但牺牲了电平数（当输出电压较大时）。本文将逆变器和整流器结合使用,利用整流器和逆变器对直流侧电容共同作用,既控制了电容电压平衡,又增加了电平数,使谐波受到一定程度的抑制。文中采用MATLAB仿真验证了该方法的有效性。     

单相五电平有源中点箝位型光伏逆变器悬浮电容电压平衡策略研究

分析了一种五电平 ANPC逆变器拓扑及工作原理,针对此拓扑的悬浮电容电压平衡问题,给出了一种悬浮电容电压的平衡方法.该方法以载波周期交替选择同一输出电平的不同冗余状态,并通过实时检测悬浮电容电压,采取电压滞环控制策略,实现悬浮电容电压平衡.该平衡方法减小了悬浮电容容值和体积,实现了上下侧开关管损耗的均衡分布,为样机的热设计提供了良好基础.最后搭建了３．３kW 样机对理论及仿真结果进行验证,证明了该平衡策 略的可行性。     

内环钳位式新型五电平逆变器系统

在交流电动机调速领域,多电平变换器的应用越来越广泛,在各种多电平拓扑结构中,二极管钳位型多电平拓扑结构在中低压领域的应用最为广泛。但是随着电压等级的升高,开关数量的增加,钳位电容电压的平衡问题也成为该结构突出的难题。本文提出了一种新颖的内环钳位式新型五电平逆变器结构,该结构基于传统的二极管钳位型五电平拓扑结构,在其内环悬浮电容节点上接入一组独立的直流电压源,通过最优控制的算法,实现了五电平拓扑结构中所有钳位电容电压在全负载范围内稳定可控。本文对所提出的五电平拓扑结构进行了仿真及实验研究,仿真和实验结果验证了新方案的可行性。本文提出的方法为二极管钳位型多电平结构解决电容电压平衡问题提供了一个新颖的思路,对该结构的深入研究具有重要的实用意义。     

一种基于开关电容的单电源升压型六电平逆变器

针对现有开关电容型多电平逆变器存在拓扑结构复杂、器件数量较多、电容电压不平衡以及电压应力较大等缺点,提出一种新型的基于开关电容的六电平逆变器。该电路拓扑由6个功率开关、1个直流电压源和3个电容组成,可以产生2.5倍升压增益的六电平输出电压。此外,由于电容由输入直流电压源直接充电至固定电压,因此电容电压能够实现自动平衡。对所提逆变器的工作原理、PWM调制策略以及电路参数等方面进行详细分析,同时还对该逆变器与现有多电平逆变器进行了对比研究。最后采用Matlab软件建立了仿真模型,仿真结果验证了所提电路的有效性和可行性。     

混合四电平电压源逆变器及其中点电位控制

针对传统多电平逆变器结构较复杂的缺点,提出了一种混合四电平三相三桥臂电压源逆变器的拓扑结构及其中点电位控制方法,该拓扑结构将直流侧三个分压电容的电压调整为1∶2∶1的比例,利用相与相之间的电压差来实现与传统五电平结构相同的输出线电压电平数。与传统NPC型五电平逆变器相比,该结构所需开关器件更少,具有更高的经济效益。针对拓扑结构提出的中点电位控制方法,能够实现直流侧电容电压的平衡。通过在给定条件下的MATLAB/Simulink仿真验证,仿真结果为中频逆变电源的开发研制提供了一定的参考依据。     

有源中点箝位式(ANPC)五电平逆变器调制方法和飞跨电容电压控制策略研究

分析了ANPC型五电平逆变器开关状态和输出电平的关系,并提出单周期SPWM调制方法。该调制方法在一个开关周期内实现有效电平且包含飞跨电容充电、放电两个状态。针对控制飞跨电容电压的问题,提出了在调制策略中增加充电因子,通过检测飞跨电容电压和实时调节充电因子实现飞跨电容电压闭环可控。最后对单周期SPWM调制方法和飞跨电容电压控制策略进行了仿真和实验,验证了其正确性。     

Flying Capacitor Multilevel Inverter Control Considering Lower Order Harmonics Elimination Based on Newton-Raphson Algorithm

Newton-Raphson-based flying capacitor multilevel inverter modeling is investigated for capacitor voltage balancing. Without using voltage feedback, Newton-Raphson method determines the best switching pattern for maintaining nil mean current in all capacitors, hence minimizing the capacitor voltage fluctuation and eliminating certain harmonic orders. Flying capacitor multilevel inverter (FCMI) modeling is developed to work with the selective harmonic elimination (SHE) technique to obtain a programmable pulse generator for multilevel inverter commutation cell control. Theoretical results are verified by experiments and simulations for a flying capacitor four-level inverter. Results show that the proposed method does effectively eliminate a number of specific low order harmonics, and the output voltage is resulted in low total harmonic distortion and with balanced flying capacitors.     

多电平直流变换器中飞跨电容电压的一种控制策略

多电平直流变换器利用飞跨电容使得输入电压在串联的各开关管之间均分，以降低各开关管的电压应力。合适的飞跨电容电压是保证多电平直流变换器正常工作并具有良好性能的关键。文中提出一种新颖的控制飞跨电容电压的方案，该方案首先将输出电压与飞跨电容电压解耦，使得控制飞跨电容电压的同时不影响输出电压的调节。继而对飞跨电容电压进行解耦控制，采用这种控制方案有利于分别独立设计各个飞跨电容电压和输出电压的控制闭环。此控制方案通过四电平直流变换器进行了实验验证。     

一种基于新型载波同相层叠PWM方法的飞跨电容型 光伏发电并网技术

针对飞跨电容型三电平光伏逆变器载波移相算法线电压谐波较高,无法灵活控制飞跨电容电压等问题,提出一种基于新型载波同相层叠PWM方法的飞跨电容型光伏发电并网方案。通过增加零电平向量分配环节,平衡飞跨电容电压,降低光伏逆变器线电压谐波。阐述了新型载波同相层叠算法基本原理,分析了该方案降低光伏逆变器线电压THD的优点。通过Matlab/Simulink数字仿真和实验样机,验证了基于新型载波同相层叠方法的飞跨电容型光伏发电并网系统能够有效跟踪最大输出功率,保证直流电压稳定,降低光伏系统输出线电压谐波。     

适合高输入电压的高频隔离逆变器

不带变压器的逆变器缺少电气隔离,安全程度较低。将高频隔离环节引入多电平逆变器,在具备输出电压质量高、开关管电压应力低等多电平逆变器优点的同时,实现高频电气隔离,提高安全程度,因此适用于较高输入电压的应用场合。对此,文中提出一种高频隔离九电平逆变拓扑,分析该拓扑的工作模态,设计多重载波调制策略,研究直流侧电容电压与母线电流间存在的关系,并据此设计出对电容电压存在相反影响的2种开关序列,给出直流侧电容电压均衡策略。最后,在Power Simulation中搭建仿真模型,并制作1 kVA的实验样机,仿真和实验结果验证了所提新型拓扑、控制方法及均压策略的正确性和可行性。     

混合9电平逆变器的H桥电容电压平衡控制

混合9电平逆变器是一种新型的多电平拓扑结构。文章在研究了H桥逆变电路直流电容电压充放电模型的基础上,得到了负载电流与电容电压变化之间的定量计算公式,进而详细分析了混合9电平逆变器H桥辅助逆变电路电容电压不平衡的内在机理,最后提出了一种基于电容电压不平衡预估计和零序电压注入的平衡控制方法。所提方法原理简单,实现容易,无需增加额外的硬件设备。通过仿真验证了在混合9电平逆变器的参考电压中注入零序电压后,混合9电平逆变器的H桥逆变电路电容电压得到平衡控制。     

含电容单元的级联H桥七电平调制策略

针对传统三单元级联H桥直流电源电压利用率较低的问题,采用电容替代其中利用率较低的直流电源,构成含电容单元的级联H桥逆变器。围绕该型逆变器的调制策略及电容选择等问题,在载波层叠式脉宽调制策略的基础上,利用冗余开关状态改进现有调制策略。通过采集电容电压和输出电流,切换调制模式实现电容充放电控制。分析电容电荷量在不同调制度下的变化,得到电容电压稳定到参考值所需要满足的条件。考虑到电容纹波电压不超过参考值10%的要求,并结合最大连续放电区间,计算出最小参考电容,使逆变器达到最优配置。通过仿真和实验证明了新型调制策略可对电容充电并具有良好的稳压效果。     

模块化多电平逆变器的仿真分析

介绍模块化多电平逆变器的拓扑结构和工作原理,根据模块化多电平逆变器的特性及在高压大功率场合中的应用,采用基于排序法的电容均压控制算法与最近电平逼近调制策略相结合以实现电容电压的平衡和系统的稳定。采用上述的控制策略在 MATLAB‐Simulink仿真平台下搭建7电平的逆变器仿真模型,通过对子模块电容电压波动分析及逆变器输出电压电流谐波畸变率分析,结果表明最近电平逼近调制策略下换流器输出的波形质量高,谐波含量少,子模块电容电压波动小,验证了所采用的均压控制策略和最近电平逼近调制策略的合理性和有效性。