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。     

新型模块化多电平换流器空间矢量脉宽调制方法

模块化多电平换流器(MMC)是一种新型的多电平电压源换流器,每个桥臂由数个具有独立直流源的子模块单元串联而成.结合MMC自身的结构特点,分析了其空间矢量状态.基于电压矢量最优合成顺序,提出了适用于MMC的空间矢量脉宽调制(SVPWM)通用算法.从理论上分析了多电平SVPWM与消谐波脉宽调制(SHPWM)的内在联系,揭示了多电平SVPWM可等效为注入合适零序电压分量的载波调制的本质.通过在三相参考电压中注入合适的零序电压分量,重新布置电压矢量作用时间,可降低33%的开关次数.仿真结果验证了SVPWM通用算法及其优化方法的有效性和正确性.     

基于载波的空间矢量脉宽调制算法的FPGA实现

在分析三相电压型逆变器空间矢量脉宽调制基本原理的基础上,讨论了空间矢量调制和规则采样脉宽调制的内在联系,并给出了空间矢量调制波的表达式。揭示了空间矢量脉宽调制其实质是在对三相正弦波注入零序分量的调制波进行规则采样的脉宽调制。提出了一种基于载波的空间矢量调制方法,且在Matlab/Simulink中验证了该算法的正确性,并利用FPGA实现了该算法。     

三电平电压空间矢量调制与载波调制关系的研究

三电平变换器相对于两电平变换器有很多优越之处,在高压大功率领域应用十分广泛。本文详细地分析了三电平电压空间矢量与载波调制的之间的内在联系,并推导了零序电压分量的数学表达式。阐述了空间电压矢量调制就是零序分量注入的载波调制。最后,给出了三电平SVPWM方案的仿真结果。     

一种单相三电平SVPWM调制与载波SPWM内在联系

针对单相三电平二极管钳位(NPC)电压型整流器,为了减小其开关切换次数和开关切换损耗,本文提出了一种单相三电平空间电压矢量调制(SVPWM)方法和一种基于零序分量注入的单相三电平单极性载波叠层的正弦脉宽调制(TLC-SPWM)调制方法。分别给出了该SVPWM的详细设计方法和该TLC-SPWM的零序分量设计方法。并通过理论分析和计算,证明该SVPWM与该零序分量注入的TLC-SPWM本质上为同一类脉宽调制方法,仅实现方式不同。与传统的单极性TLC-SPWM相比,这两种调制方法能够有效地减小开关切换次数,从而减小开关切换损耗。最后,分别搭建了基于Matlab/Simulink的仿真模型和基于TMS320F2812为控制器的1.3kW实验样机,仿真和实验结果都验证了该SVPWM算法及其中点电位控制的可行性和有效性。     

谐波补偿下考虑中点平衡的等效三电平调制

中点箝位型(NPC)三电平拓扑在较高电压场合被广泛应用,三电平调制算法和中点均压控制策略是该拓扑的关键技术.此处首先分析了三电平空间矢量脉宽调制(SVPWM)和载波脉宽调制(CBPWM)方法的等效关系,指出调节小矢量作用时间与注入零序分量来调节中点电位的等效性.针对传统中点平衡方法不适用于谐波补偿的应用场合,引入基于电压参考矢量和相电流方向判断的改进方法,并给出了在两种调制策略下的等效实现方式.最后,通过实验验证了两种调制算法的等效性以及改进中点均压控制方法在谐波场合的适用性.     

基于零序电压注入与调制波分解的三电平脉宽调制策略

对三电平空间矢量脉宽调制(SVPWM)与零序电压注入正弦脉宽调制(SPWM)进行了对比分析,以线电压坐标系空间矢量图和开关周期窗口移动图解释了两种调制方式在占空比和矢量序列上的关系。从零序注入SPWM与SVPWM的内在联系出发,本文探讨了基于零序分量注入与调制波分解的三电平脉宽调制策略。该调制策略无需SVPWM复杂的矢量分解,即可实现最小开关损耗、最优波形质量抑或是中点平衡等任一控制目标,并可在多控制目标间转换,具有极高的灵活性,实现简单,可大大降低编程难度与程序运行时间。     

基于二极管箝位型三电平逆变器的调制方法研究

本文全面分析了三电平逆变器中应用的载波调制法和空间矢量调制法。详细阐述了这两类调制算法各自的优缺点。进一步分析两类调制方法的内在联系,包括调制信号与空间矢量;零序电压与冗余矢量的分配因子,推导了各个扇区零序电压的表达式。最终得出空间矢量调制就是中心化的三角-正弦调制的结论。基于以上联系三电平空间矢量调制可以通过合适的零序电压注入由三角-正弦调制等价地实现。仿真和实验结果验证了该结论的正确性。     

基于等效SVPWM的三电平脉宽调制技术仿真研究

传统三电平SVPWM算法思想简单、易于实现,但实际运用中有大量三角函数运算,对控制芯片要求较高。为此研究引入基于载波调制的等效空间矢量调制算法,有效抑制中点电位不平衡,改善系统动态性能,并在此基础上提出一种适用于三相三电平Vienna整流器的改进脉宽调制技术,该调制算法通过注入零序分量降低系统谐波含量,并利用补偿电压V_(comp)实现功率因数可变。最后搭建Matlab仿真平台,验证所提算法的有效性与正确性。     

一种零序注入的三电平中点钳位型变换器中点电位平衡控制策略

对三电平的两种调制方法空间矢量脉宽调制(SVPWM)和虚拟空间矢量脉宽调制(VSVPWM)进行深入比较,详细分析VSVPWM方法线电压dv/dt高和谐波含量大、功率器件开关损耗大以及中点电压平衡动态响应特性慢等问题的本质原因。为克服SVPWM和VSVPWM的不足,提出一种零序注入的载波调制方法。该方法将一种适用于两电平的零序注入法引入到简化的三电平空间矢量图的小六边形中,在每个小六边形中建立中点电流与零序分量之间严格准确的数学关系,并结合6个小六边形开关函数符号特点,只需一路载波和6个等式即可实现三电平载波调制和中点电位平衡控制,且具有计算量小,执行时间短,中点电压平衡动态响应快等优点。最后,本文方法与SVPWM和VSVPWM的实验对比,验证了提出方法的可行性和有效性。     

多电平变换器TCPWM算法研究

针对传统空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法运算量大的问题,提出一种输出波形质量与SVPWM算法完全等效的载波调制算法,无需进行识别扇区、计算有效时间和选择电压矢量,具有计算时间短、易于硬件实现等特点。给出了适用于任意奇数电平的统一的零序分量表达式,并将三电平载波脉宽调制(TCPWM)算法应用到有源中点箝位五电平(ANPC-5L)变换器中,通过实验证明了TCPWM算法的正确性。     

SPWM与SVPWM的宏观对等性研究

基于正弦脉宽调制(sine pulse width modulation,SPWM)与空间矢量脉宽调制(space vector pulse widthmodulation,SVPWM)的基本原理,分析并论证两种算法在性质上的一致性。建立两种算法所在算法空间的一一映射关系,分析并得到两种算法基于基本载波周期的宏观差值函数——零序空间矢量基本函数。基于零序空间矢量基本函数确定的零序分量,将SVPWM等价映射为基波调制波中注入该零序分量的SPWM,建立从载波角度研究SVPWM的新方法。从外部输出结果与内部分析效能两个方面对所得结论进行数值仿真,证明了所得结论的正确性和有效性。     

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。     

基于零序分量注入的三电平PWM整流器目标优化控制

三电平PWM整流器具有功率因数可控、能量双向流动等优点,适合于中压大容量的应用场合.通过分析PWM整流器的数学模型建立了三电平PWM整流器矢量控制系统,根据空间矢量PWM和载波PWM的本质联系,以及选择冗余矢量的本质含义,提出了一套基于零序分量注入的多电平变换器PWM算法.根据所选择控制目标的不同,注入最优零序分量,该算法避开了寻找合成矢量和作用时间的复杂计算,对多电平系统具有通用性.本文将其应用于三电平PWM整流器控制系统中,实验结果验证了该算法的可行性,整流器在单位功率因数运行的同时,实现电容中点电压平衡,降低了开关损耗.     

三电平逆变器中点电压偏移最小化的调制方法

简单阐述了三电平逆变器的空间矢量调制(SVM)和空间矢量脉宽调制(SVPWM)控制方法.由于P型和N型小矢量对中点电压具有较明显的影响,提出了一种用于二极管中点箝位(NPC)型三电平逆变器中点电压偏移最小化的方法,探讨了其控制原理,并详细论述了所提算法的实现过程.仿真和实验结果证明了该控制算法的有效性.最后在该调制方法的基础上,实现了基于零序分量叠加的SVPWM算法,以便更有效地抑制中点电压波动.     

三电平空间矢量调制与三角载波调制内在联系的研究

全面分析了三电平逆变器中应用的空间矢量调制法与载波调制法这两类调制方法的内在联系,包括调制信号与空间矢量、零序电压与冗余矢量的分配因子。详细推导了各个扇区零序电压的表达式,阐述了空间矢量调制就是中心化的三角-正弦调制。基于以上联系可以实现两类调制算法的相互转化。仿真结果验证了该内在联系的正确性。     

三电平NPC逆变器共模电压抑制

调制策略是三电平中点箝位(NPC)型逆变器的关键技术之一。传统脉宽调制策略能平衡中点电位,但会产生较大共模电压(CMV)。针对上述缺点,提出一种基于零序电压(ZSV)注入的三电平正弦波脉宽调制(SPWM)策略,能同时平衡中点电位和抑制CMV。在一个载波周期内,所提调制策略通过ZSV的注入和调制波的分解,能保证中点电位的平衡;通过调制波的分解和开关序列的优化,能抑制逆变器产生的CMV。该调制策略实现简单、计算时间少,能在输出电压全范围内控制中点电位平衡,同时能有效抑制CMV。最后,与传统空间矢量脉宽调制(SVPWM)策略进行实验结果对比分析,验证了所提调制策略的可行性和有效性。     

三电平空间矢量调制中的共模分量

根据多电平SVM调制与载波调制的本质联系,从多电平SVM调制的实现出发分析了两电平SVM和三电平SVM调制波中共模分量的分布.两电平SVM调制波的共模分量就是三相系统的零序分量,最常用SVM调制波中的零序分量与SFO-PWM调制的在调制波中注入的零序分量完全一致.进一步分析了三电平逆变器的特点,提出了一种适合三电平逆变器的共模分量注入方法,指出了三电平逆变器的调制波中可以注入的共模分量除了三相系统的零序分量,还包括每一相的两组调制单元间的共模分量.最后提出了经过两次共模分量注入的三电平载波调制方法,它可以完全等效三电平SVM调制.仿真和实验结果表明了该方法的正确性.     

基于I-DPWM的三电平中点钳位光伏逆变器漏电流抑制方法

对于三电平中点钳位光伏逆变器,基于断续脉宽调制(discontinuous pulse width modulation, DPWM)并通过选择特定矢量进行钳位控制的方法,存在矢量分解计算时间长、注入共模电压分量和漏电流过大等不足。对此,提出了一种基于I-DPWM的三电平中点钳位光伏逆变器漏电流抑制方法。通过计算各类DPWM等效调制波来解析注入的低频共模电压分量。针对低频共模电压分量最小的DPWM1,在低频共模电压不连续点注入新的零序分量,通过减小低频共模电压来抑制漏电流幅值。同时,采用载波实现DPWM,免去了复杂的矢量运算。最后,在Matlab/Simulink平台建立了20 kW三电平中点钳位光伏逆变器的仿真模型,同时结合所设计的125 W实验样机验证了所提方法的有效性。     

基于载波的五相永磁容错电机SVPWM算法

为避免五相永磁容错电机空间矢量脉宽调制(SVPWM)推导及实现的复杂性,分析基于载波的脉宽调制(CPWM)和SVPWM算法的原理,研究SVPWM算法中两种不同零电压矢量作用时间的分配机制,提出一种零序电压谐波注入策略,实现等效于SVPWM的CPWM算法。该零序电压谐波由每个PWM周期内电机最大和最小相电压构成。理论分析表明该算法与传统SVPWM等效且实现简单。仿真和实验结果表明该算法达到了SVPWM的控制效果。