基于两电平线性输出的级联型逆变器过调制算法

应用于级联型逆变器的传统多电平空间矢量调制技术往往只考虑线性调制区的实现方法,在功率单元直流电压下降的情况下不能调整为过调制算法,然而在基波电压幅值不变的要求下,仍采用线性调制方法会出现零矢量作用时间为负数的不利情况,对现场运行不利。采用的错时相差两电平空间矢量脉宽过调制技术(space vector pulse width modulation,SVPWM),利用错时相差技术将多电平SVPWM变为在每个采样点仅需控制某层功率单元左右桥臂矢量的两电平SVPWM,简化了矢量区域的判断时间;同时把相关的多电平过调制问题简化为两电平过调制算法。仿真和实验表明,该过调制算法在保证谐波含量比较小的前提下,可以使系统从线性工作状态平稳过渡到六阶梯波状态,且能保证基波电压的幅值随调制比线性输出,直至六阶梯波时的最大输出值,很适合于级联型逆变器的过调制运行。     

混合十三电平逆变器的倍频调制及功率均衡方法

在逆变器输出电平数目相同的情况下,相比传统级联多电平逆变器,直流侧电压比为1:1:1:3的混合十三电平逆变器拓扑能够减少使用的直流电源和开关器件数量。为解决该拓扑级联单元间输出功率不均衡的问题,并实现倍频调制提高等效开关频率,提出一种在高压单元采用阶梯波调制、低压单元采用融合载波移相和载波移幅的混合倍频调制策略和该策略下的功率均衡控制方法,从而实现了全调制度范围内4个单元之间的输出功率均衡以及3个低压H桥单元之间开关损耗的平均分配,同时保证高压单元功率器件工作在基波频率状态,降低损耗,且逆变器输出电压波形具有3倍频特性。最后通过仿真和实验证明了理论分析的正确性及方案的可行性。     

基于功率开关-二极管基本单元多电平逆变器及其功率均衡调制策略研究

针对级联H桥型多电平逆变器开关器件随逆变器输出电平数增加显著增多的问题,提出一种以功率开关器件-二极管为基本单元的新型多电平逆变器。该逆变器仅使用较少开关器件即可实现高质量电平输出,且该拓扑开关损耗低、效率高,不仅易于扩展还能有效避免级联单元间电流倒灌等问题。针对传统正负反向层叠载波调制策略调制下逆变器存在级联单元间输出功率不均衡的问题,在传统调制策略基础上推导分析区域功率,提出了一种基于部分载波循环的功率均衡调制策略,并验证了载波循环规律的普适性,所提调制策略能在保持输出电压波形质量不变的情况下,载波仅变换2(n-1)次即可在nT_o/2内实现级联单元输出功率均衡以及开关损耗平均分配,并提高电源利用率。最后搭建两单元七电平逆变器实验平台对所提调制策略进行了实验验证。     

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均衡优化,在保留改进型混合调制策略输出电压谐波性能良好的前提下,通过改造PD调制策略的三角载波,有效均衡低压单元开关损耗,通过控制高压单元输出脉冲宽度实现全幅值调制度下级联单元间输出功率自均衡控制;最后,通过仿真和实验验证所提功率均衡调制策略理论分析的正确性和可行性。     

基于SVPWM过调制策略的SRG风力发电系统并网逆变器

以四相8/6极开关磁阻发电机(SRG)为例,介绍了SRG工作原理以及实际工作中的饱和非线性,以傅里叶级数为工具建立非线性数学模型,并针对SRG发电系统的应用场合,采用了一种基于基波电压幅值线性输出控制的SVPWM过调制算法:在过调制区域内,引入幅值系数的概念,基于幅值系数和空间矢量图的顶点电压矢量,计算逆变器输出电压矢量与参考电压矢量的关系,并进一步推导出过调制区的基本电压矢量作用时间。该算法能有效解决对于SRG小功率发电系统,多电平逆变技术不适用,传统的两电平SVPWM算法控制精度又不够理想的问题。在Matlab平台进行仿真,结果表明,基于SVPWM过调制算法的逆变电路能将SRG的输出电能回馈电网,在动、静态环境中均能得到理想的输出电能质量。     

级联型多电平逆变器线电压谐波优化的SVPWM策略

级联型多电平逆变器采用载波移相控制可以自然实现各H桥单元功率均衡,开关管开关次数保持一致,而采用同相层叠控制可得到谐波含量更小的线电压,但各H桥单元功率不均衡,开关次数也不一致。本文提出一种结合同相层叠控制和载波移相控制二者优点且实现简单的空间矢量调制策略。通过对电压矢量进行重新组合划分,可以将多电平空间矢量控制算法简化为多个两电平空间矢量的移相叠加。对载波进行重构,可以实现输出线电压谐波更小,同时各H桥单元功率自然实现均衡,开关管开关次数达到一致。搭建了一台三相4.5kW的级联型五电平逆变器,对所提出的SVPWM策略进行了实验验证,实验结果表明所提出的空间矢量调制策略的有效性。     

混合级联H桥的倍频调制及功率均衡方法

为解决电压比为1∶1∶2∶2的混合级联十三电平逆变器电流倒灌问题和同电压等级单元间功率均衡问题,此处提出一种在高压部分采用阶梯波调制,低压部分采用融合载波移相和移幅的混合调制方法,解决了电流倒灌问题,并且高压单元工作在基波频率,减小了开关损耗.该调制方法使逆变器具有2倍频特性,谐波特性良好,此外低压部分两单元还可自动实现功率均衡,再通过逻辑运算处理得到高压部分开关管的实际驱动信号,实现高压部分功率均衡.最后通过仿真和实验进行验证.     

混合级联十三电平逆变器的调制优化及功率均衡方法

多单元混合级联多电平逆变器能够使用较少的开关器件实现较多的电平数输出，因此获得了广泛的应用，但其低压单元在传统的载波移幅调制下存在级联单元间功率不均衡的问题。针对上述问题，对直流电压比为1:1:1:3的混合级联十三电平逆变器提出了一类阶梯波和载波移幅调制共同协作的混合调制策略，在该调制策略下高压单元工作在低频状态，低压单元工作在高频状态。对低压单元的调制波进行优化以减少三角载波的数量，同时通过重构载波移幅调制策略的三角载波，有效地实现了低压单元间的功率自均衡。最后通过仿真和实验证明了所提调制优化和功率均衡方案的可行性。     

三电平逆变器同步不连续空间矢量调制输出电流优化策略

以中点钳位型三电平逆变器为研究对象,对同步不连续空间矢量调制展开研究,提出一种平均误差电流矢量幅值最小的输出电流优化策略。首先对同步不连续调制开关序列构成原则进行研究,根据各参考矢量所处区域将调制度进行分段,对空间矢量平面进行合理划分。其次依据同步性与对称性原则,确定各调制度区段内的备选开关序列,并将零电平钳位状态开关序列加入备选序列,扩充了备选开关序列集合。最后计算各开关序列对应的平均误差电流矢量幅值,以平均误差电流矢量幅值最小为原则,确定线性调制范围内的最优作用开关序列。仿真与实验结果表明,该优化调制策略能有效降低输出电流谐波畸变率,实现对逆变器输出电流质量的优化。     

基于基波电压幅值线性输出控制的 SVPWM过调制新算法

传统的空间矢量脉宽调制（SVPWM）过调制控制需要预先存储大量的数据，系统存储量庞大，但控制精度却不理想。该文提出了一种新颖的基于基波电压幅值线性输出控制的SVPWM过调制算法，该算法不需要存储数据，能够使逆变器平滑的从线性调制工作状态过渡到六阶梯波工作状态，非常适合数字化应用。文中分析了应用该算法以后，逆变器输出电压的谐波畸变（THD）情况，以及主要谐波成分百分含量的变化情况，并和其它控制算法进行了技术指标对比。分析及相关实验证明，该算法具有输出基波电压增益线形、谐波电压含量低以及实现简单的优点，非常适合异步电机实际应用。     

有源中点钳位多电平逆变器空间矢量调制与三角载波调制统一理论

目前有源中点钳位多电平逆变器(ANPC)中三角载波正弦脉宽调制(SPWM)和空间矢量脉宽调制(SVPWM)之间的统一理论尚缺乏系统的分析和研究。在仔细分析其拓扑结构以及开关序列后,针对其相电压冗余开关状态众多的特点,提出一种全新的调制波分解策略。该方法避免了传统调制波分解策略无法确定相电压冗余状态及开关序列的弊端,同时物理意义明确,可以被应用于级联H桥等其他具有众多相电压冗余状态拓扑的统一理论研究。通过给三相正弦调制波注入零序分量,并根据开关管的自由度进行子调制波分解,经SPWM后的信号直接用来触发开关管的开断,从而得到唯一确定的开关序列,且和SVPWM有相同的控制效果。将该理论推广到n电平下任意段数输出,实验验证了该理论的正确性。     

用于级联型多电平变换器的新型脉宽调制方法

提出一种用于级联型多电平变换器的新型脉宽调制(pulse width modulation,PWM)方法,即将单个三角载波信号与多个梯形波调制信号进行规则对称采样。推导了梯形波边坡角与输出基波幅值和谐波含量的关系。与其他常用的PWM方法相比,该方法调制下的输出基波幅值更高,在选取适当的边坡角后,输出波形的谐波特性非常好。以5电平和13电平级联型多电平变换器为控制对象,对所提出的PWM方法进行了仿真验证,证明其在输出电压幅值和谐波特性方面具有优良的性能。     

多电平逆变器直流侧电容电压的平衡与控制

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。二极管箝位式多电平逆变器（DCMLI）因无需独立的直流电源来维持每级电压而备受青睐。但该逆变器存在直流侧电容电压的不平衡问题，因而未能在有功功率变换中得到广泛应用。针对这一问题，文中提出一种适用于n电平DCMLI的电容电压动态平衡控制算法，该算法基于空间矢量PWM(SVPWM)法，用电容电压偏差值与各冗余开关状态下的电容电流预测值的乘积作为衡量电容电压偏离其平衡基准值程度大小的准则，通过选取使电容电压偏离程度最小的冗余开关状态来维持电容电压平衡并产生所期望的输出电压波形，但同时要舍去某些导致电容电压本质不平衡的特殊空间矢量。以5电平DCMLI为例，仿真验证了该算法的有效性。     

一种融合最近电平逼近调制的空间矢量调制算法

多电平变换器由于具有较小的电压应力、较高的器件耐压等级和过流能力及较低谐波含量等优点已取代两电平变换器在中高压大功率场合中的应用.级联型多电平H桥变换器(CHMC)由于具有较好的灵活性与高度集成化使得其在工业领域得到广泛应用,文中针对三相CHMC的应用提出一种基于最近电平逼近调制(NLM)技术原理的空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法.相比于传统SVPWM算法,所提算法只需检测离参考矢量最近的调制矢量点而无需同时检测三个作用矢量点,算法实时性较强.利用SVPWM算法与NLM算法之间的等效性由三相占空比推出三个作用矢量占空比,利用三相占空比比值的大小推出开关矩阵表达式,由所得表达式直接决定优化的开关序列,并根据该开关矩阵进而推出触发脉冲表达式.所提SVPWM算法不依赖于电平数,算法简便,运算速度快.仿真与实验验证了所提算法的正确性与可行性.     

遗传算法应用于多电平最优化阶梯波技术

最优化阶梯波是多电平逆变器常用的控制策略,其核心就是求解一组非线性方程组,但因不能得到解析解,而用迭代法获得数值解的难度仍然很大,故提出了应用遗传算法来进行求解的思想,通过评价函数来最小化主要的低次谐波,然后编写了相应的MATLAB程序,求解了在评价函数<0.5%的解的轨迹。最后的仿真和实验也证明了该方法的实用性。     

一种应用于多电平SVPWM的过调制算法

为提高多电平逆变器电压输出能力,提出一种适用全调制度范围的过调制方法,该方法是对多电平逆变器线性调制区的扩展。基于两电平简化算法,根据调制度m_i(0≤m_i≤1),划分为三种调制模式,即线性模式(0≤m_i0.907),过调制模式Ⅰ(0.907≤m_im_(max2))和过调制模式Ⅱ(m_(max2)≤m_i1)。过调制模式Ⅰ引入补偿因子λ,补偿了系统在过调制区域的伏秒损失;在过调模式Ⅱ中,引入简化"压频"计算,可快速计算切换角度αh。三种模式均无需存储数据及复杂的计算公式,易于拓展至n级电平及处理器数字化实现。基于五电平NPC/H型逆变器,仿真及实验表明,在全调制度范围内,该算法具有输出基波电压增益线性、谐波含量低及易于实现的特点。     

一种新的N电平电压源逆变器的空间矢量调制算法

随着逆变器电平数的增加,其空间矢量调制算法(space vector pulse-width modulation,SVPWM)也越来越复杂。该文提出一种任意电平逆变器的SVPWM算法。对两电平逆变器的矢量作用时间进行线性变换,可获得任意电平逆变器中合成参考矢量的电压矢量及其作用时间。推导出任意电平和两电平之间的电压矢量及其作用时间变换矩阵。讨论任意电平逆变器脉宽调制(pulse-width modulation,PWM)序列,提出一种电力电子器件损耗均匀分配的序列方式。最后,通过仿真验证算法的可移植性,在三电平实验室样机上,验证算法能满足逆变器控制的实时性要求。     

Space vector PWM for a two-phase VSI

This paper proposes space vector pulse width modulation (SVPWM) technique to control a two-phase full bridge voltage source inverter (VSI) having reduced number of static switches with higher phase voltage output. SVPWM gives higher fundamental component amplitude, provides more efficient use of DC supply voltage and generates less harmonic distortion in the output voltages and currents than other pulse width modulation (PWM) techniques. Between asymmetric and symmetric SVPWM only symmetric one is considered so that the harmonic contents are minimized and two different timing sequences and corresponding switching states are proposed. For the implementation three level switching patterns are determined by using software. For real time application these theoretically determined switching signals for the six power transistors are generated by a digital signal processor (DSP) kit and finally the two-phase output voltages are applied to load. The experimental results are found good and in agreement with the theoretical results. Mathematical analysis along with theoretical and experimental performance of the proposed inverter are presented. Total harmonic distortion (THD) and distortion factor (DF) show that the output voltage quality is good enough to apply in any type of practical two-phase load.     

多电平逆变器PWM控制方法的研究

近年来,多电平逆变器在大功率场合应用越来越广泛.基于空间矢量原理提出了一种新的多电平PWM控制方法,这种PWM方法称为多电平最优空间矢量PWM方法(MOSV PWM),可用于多电平串联逆变器供电的压频比控制的异步电动机调速系统.仿真结果表明,MOSV PWM方法与多电平载波方法和单脉冲法相比有许多优点,可以在线实现,输出线电压THD低,开关频率低.这种方法可以推广用于其它类型的多电平逆变器,除电机传动外还可以用于静态无功补偿和其它FACTS场合.