三相四桥臂逆变器控制策略研究

针对传统三相三桥臂逆变器带动不平衡负载时输出交流电压对称性差的问题,研究分析三相四桥臂逆变器控制策略,前三桥臂采用输出电压正、负序控制策略,第四桥臂利用中性电流跟踪负载电流的负和来进行单独控制,可有效提高三相四桥臂逆变器的通用性,降低其控制难度,搭建Matlab仿真模型,验证了控制策略的合理可行性,实现了带动不平衡负载的能力。     

中频三相四桥臂逆变器控制策略不平衡 负载状态相量模型分析

三相四桥臂逆变器具备不平衡负载工作能力与三相解耦控制功能,但是在中频场合基于模拟控制的四桥臂控制策略较为复杂。该文基于第四桥臂开环、闭环控制方法,结合三次谐波注入控制策略,采用建立主电路电压、电流以及控制环路信号相量模型的方式,通过分析和对比不同控制策略在不平衡负载下的工作特性,得到第四桥臂控制方法与电路参数的关系,总结控制策略设计依据。证明基于三相电流环输出控制信号合成的三次谐波能够在不平衡负载状态实现对第四桥臂大部分零序分量的补偿。在此基础上,提出一种结合三次谐波注入与中线电流闭环的控制方法,该方法在保证直流电压利用率的同时,进一步提高了不平衡负载下三相输出波形质量。该文还通过仿真和实验验证了理论分析的正确性。     

基于三相四桥臂的不均衡负载逆变仿真分析

三相逆变器在较重的不平衡负载影响下输出的电压波形会畸变。基于三相四桥臂逆变器给出了解决这一问题的控制策略。使用90°对称分量法对各序电压进行分解,分解后的正序与负序分量使用双闭环PI方法进行控制,零序分量则采用虚拟构造αβ坐标系进行控制,最后用三维空间电压矢量调制算法(3D-SVPWM)产生控制脉冲驱动四桥臂逆变器。仿真结果证实了控制策略的有效性,三相四桥臂逆变器在带三相不平衡负载的情况下输出也是均衡的。     

一种三角波注入的三相四桥臂逆变器控制策略

基于三相四桥臂电压型PWM逆变器的工作原理,研究了双闭环控制策略,并在此基础上研究了利用三相半波整流器实现三角波注入的三相四桥臂逆变器控制策略。此方法采用双闭环控制方法控制前三桥臂,采用三相半波整流器对前三相调制信号进行处理以获得第四桥臂信号控制,系统结构简单、易于控制。系统可采用纯模拟器件实现,有效地避免了DSP处理能力有限对PWM开关频率的限制,有效提高系统的开关频率,具有动态响应速度快,输出电压波形谐波含量低等特点。此外,三角波注入提高了直流电压利用率,增强了系统带不平衡负载的能力。仿真结果进一步验证了该控制策略的正确性与可行性。     

三相逆变器的控制策略仿真研究

首先建立三相四桥臂逆变器的数学模型,采用了逆变器中应用最为广泛的一种控制方法SPWM控制。同时,在相同的控制信号下,作了与之相对应的三相四桥臂逆变器带平衡负载与不平衡负载的仿真模型。根据仿真中出现的问题,提出了两种新型的控制方法,即三次谐波注入的SPWM控制和根据输出电压反馈来作为第四桥臂的控制信号,最后对其用MATLAB仿真并且得出了较为满意的结果。根据理论分析,三相四桥臂逆变器的各桥臂的调制信号中注入三次谐波不会影响输出电流,并且提高了电源电压的利用率,并且能够带不对称或不平衡负载,甚至是它们的组合。     

三相四桥臂逆变器输出电压负序分量抑制研究

与其它拓扑类型的三相四线逆变器相比,三相四桥臂逆变器具有电路形式简单,体积小,电压利用率高等突出优点,并通过增加第四桥臂,使其具有带不平衡负载的能力.然而由不平衡负载引起的三相不平衡电流会导致输出电压中含有负序分量和零序分量,对此可以采用两组PI控制器来实现输出电压控制.一组基于逆时针旋转坐标系的PI控制器用于调节正序电压分量,另一组基于顺时针旋转坐标系的PI控制器用于消除负序电压分量的影响.在此,提出并分析了一种基于两组旋转坐标系的三相四桥臂逆变器双闭环PI控制器设计方案,在此基础上设计了一台5kVA样机,并通过了实验验证.     

非线性不平衡负载下四桥臂逆变器的控制策略

电力电子变压器输出级逆变器与微电网中的离网逆变器输出特性直接受负载影响,交流负荷中含有大量的非线性与不平衡混合负载,会引起三相逆变器输出电压谐波畸变及不平衡,为了解决这个问题,提出了一种适用于三相四桥臂的电压不平衡和谐波抑制的混合控制策略。首先,基于四桥臂逆变器的数学模型,阐明了桥臂间的耦合关系;然后,详细分析了实现交流信号无差跟踪与抑制谐波对控制器工作性能的需求,并通过对伯德图的幅频特性分析,说明所提控制方法及参数选择的合理性。最后在αβ0坐标系下对非线性、不平衡混合负载接入下的逆变器进行仿真,验证了所提出控制策略及控制参数选择的正确性。     

三相四桥臂逆变器控制技术研究

三相四桥臂逆变器可以解决不平衡负载引起输出电压不平衡的问题。采用开环控制或传统同步旋转坐标系PI控制时,三相四桥臂逆变器输出电压仍存在不平衡现象。为了揭示其原因,首先建立了三相四桥臂逆变器数学模型,在此基础上分析了三相四桥臂逆变器输出电压不平衡的根本原因,并提出相应的解决方案。该方案有效地抑制了不平衡负载电流扰动对输出电压的影响,保证了三相四桥臂逆变器在不平衡负载情况下输出三相对称正弦电压。最后在Matlab/Simulink环境下对空载、平衡负载、不平衡负载三种情况下系统开环和闭环控制进行了仿真研究,仿真结果验证了该解决方案的正确性。     

三相四桥臂逆变器控制技术研究

三相四桥臂逆变器可以解决不平衡负载引起输出电压不平衡的问题.采用开环控制或传统同步旋转坐标系PI控制时,三相四桥臂逆变器输出电压仍存在不平衡现象.为了揭示其原因,首先建立了三相四桥臂逆变器数学模型,在此基础上分析了三相四桥臂逆变器输出电压不平衡的根本原因,并提出相应的解决方案.该方案有效地抑制了不平衡负载电流扰动对输出电压的影响,保证了三相四桥臂逆变器在不平衡负载情况下输出三相对称正弦电压.最后在Matlab/Simulink环境下对空载、平衡负载、不平衡负载三种情况下系统开环和闭环控制进行了仿真研究,仿真结果验证了该解决方案的正确性.     

一种三相四桥臂逆变器的解耦控制策略

三相四桥臂逆变器通常采用空间矢量控制策略,但该方法的空间矢量图抽象,难以理解,控制时需进行坐标变换,且开关矢量带有根号,所以空间矢量控制方法虽然具有电压利用率高、控制灵活、效率高等优点,但控制较为复杂。研究了一种零序电流注入的PWM控制策略。该控制策略不仅能实现三相四桥臂逆变器的解耦控制,且控制方法简单,易于理解和实现。与常规的正弦波调制方法相比,直流母线电压利用率得到了提高,且具有很好的带不平衡负载能力。最后,研制了一台逆变器原理样机,通过实验证明了理论分析的正确性。     

三相四桥臂逆变器直接并联控制策略

在三相三桥臂逆变器(3P3L-Inv)拓扑的基础上引入第4桥臂构建的三相四桥臂逆变器(3P4L-Inv),具有优良的三相解耦带不对称负载能力,且可以通过注入3次谐波的方法提高直流电压利用率.逆变器并联是电力电子系统扩容的主要方法之一,共直流母线直接并联的三相四桥臂逆变器(3P4L-DP)中第4桥臂电感电流若不采取适当控制策略,会导致并联逆变器第4桥臂电感存在较大的环流,严重时会损坏逆变器.此外,采用3次谐波注入的3P4L-DP,由于主电路器件参数不一致性,将进一步导致并联模块之间的零序环流问题.在此通过分析第4桥臂环流与三相零序环流的生成机理,提出一种4桥臂逆变器直接并联控制策略,使得并联模块的各桥臂电感电流均得到统一控制,抑制了桥臂间的零序环流,实现了各路桥臂电感电流的动/稳态均流.仿真及原理样机实验充分验证了控制策略的正确性.     

开关点预置的四桥臂三相逆变器的中线电感

对无中线电感的基于开关点预置四桥臂三相逆变器进行仿真研究,发现N桥臂在不平衡负载时流过很大的电流,且输出电压波形总谐波含量大,因此,提出在主电路中引入中线电感。在带不平衡负载的不平衡指标的约束下,通过理论推导得到最大中线电感的选取表达式。通过仿真分析,得到不同中线电感时逆变器的输出特性,以确定中线电感的最佳值。仿真和实验结果表明：中线电感的加入,减小了输出电压的零序谐波、总谐波含量及第四桥臂的开关电流,提高了变换器的效率,且在不平衡负载时有较好的输出电压对称性。     

开关点预置的四桥臂三相逆变器

提出以四桥臂三相逆变器作为变速恒频电源变换器的主电路拓扑,省去了三相三桥臂逆变器中所需的中点形成变压器,减小了变换器的体积和重量。在三相三桥臂采用的开关点预置最优正弦脉宽调制(sine pulse width modulation,SPWM)控制方案的基础上,提出了适用于四桥臂三相逆变的开关点预置最优SPWM控制方案：ABC三桥臂的开关角预置仅消除不含零序谐波的低次奇次谐波,通过对N桥臂的预置来抵消前三桥臂所含的低次零序谐波。并在主电路中引入中线电感,减小了第四桥臂的开关电流。仿真和实验结果表明：该变换器不仅具有开关频率低,输出总谐波含量小以及直流电压利用率高的优点,且在不平衡负载时有较好的输出电压对称性。     

不平衡工况下并联高频链矩阵式三相四桥臂 逆变器分序控制

为了改善并联系统在不平衡工况下出现的输出电压不平衡、功率不均分的问题,提出了一种针对三相四桥臂逆变器的分序控制方法;同时,为了削弱三相四桥臂这种带中线的系统固有的共模电压干扰问题,采用了高频链矩阵式三相四桥臂的拓扑结构。由于系统中的零序分量全部流经第四桥臂,故可将第四桥臂与前三桥臂分开进行独立控制;为了实现并联系统各逆变器的容量匹配,提出在前三桥臂上采用两相静止坐标系下无耦合的虚拟阻抗相匹配的下垂控制,而第四桥臂采用独立虚拟电阻控制的方案。与传统方案相比,该方案优化了虚拟阻抗设计结构的同时解除了各坐标轴间的耦合,方便了闭环控制器的设计,同时还能在一定程度上滤除电流噪声,提高输出电压质量。最终可在实现不平衡工况下并联高频链矩阵式三相四桥臂逆变器系统输出电压平衡的同时按容量分配负载消耗的功率。仿真和实验验证了该方法的可行性和正确性。     

一种基于3次谐波注入的并联三相四桥臂逆变器均流控制策略

三相四桥臂逆变器(3p4l)在三相三桥臂逆变器的基础上引入第四桥臂,使得三相能够解耦控制并具备带不对称负载能力,在此基础上采用3次谐波注入可以提高逆变器的直流电压利用率。若将多个三相四桥臂逆变器单元共直流母线并联,能够实现扩容。但是并联单元的电感电流若不采取控制,会导致环流问题,严重时会损坏逆变器。在基于平均电流均流控制策略的基础上,采用一种适用于模拟电路实现的3次谐波注入方式。由于主电路元器件参数的不对称性,并联单元各自生成的3次谐波不对称,增大了并联单元之间的零序环流。针对该问题,提出一种基于各并联单元3次谐波信号平均值法的三相四桥臂逆变器并联均流控制策略。在保留3次谐波注入的同时使得并联模块四个桥臂电感电流得到控制,消除环流,实现了并联桥臂均流。最后通过仿真和实验验证了控制策略的正确性。     

四桥臂微网逆变器高性能并网H-∞控制研究

微网三相逆变器输出电压波形受电网畸变电压、负载谐波电流和直流侧电压中点平衡的共同作用,为使直流侧电压中点维持稳定,并使输出电压波形跟踪参考电压,针对一种四桥臂逆变器结构进行建模,采用H-∞控制策略构造高带宽鲁棒控制器对中线桥臂和三相桥臂进行统一控制。仿真和实验表明,在较大中线电流和电网电压畸变情况下,中线桥臂能够控制中点输入和输出电流近似相等,三相桥臂能够使输出电压维持较低的谐波畸变率,提升微网供电质量。     

不平衡工况下基于虚拟阻抗法的并联三相四桥臂逆变器的桥臂控制

不平衡工况下,三相四桥臂逆变器并联系统不仅可以输出平衡的三相电压波形,而且还可以拓展系统的容量。与传统的三桥臂逆变器并联系统相比,三相四桥臂逆变器并联系统需要对正序、负序和零序电流进行控制,因此三相四桥臂逆变器的并联控制系统更为复杂。该文对三相四桥臂逆变器并联运行时,各序电流的分配进行了分析。为了使逆变器输出的正序、负序和零序电流能够按并联逆变器的容量分配,提出了正序电流使用下垂控制、负序电流与第四桥臂电流使用虚拟阻抗法分别控制正序、负序和零序电流的分配,并且对三相四桥臂逆变器的前三桥臂与第四桥臂分别进行控制,最终在不平衡工况下使并联三相四桥臂逆变器系统输出电压平衡且输出电流和输出功率按并联逆变器的容量分配,减小系统的环流。仿真和实验验证了该方法的有效性。     

三相四桥臂逆变器的改进分序控制策略

为了提高逆变器带不平衡负载的能力,提出一种适用于三相四桥臂逆变器的正负序解耦控制策略。该控制策略基于双旋转坐标系,实现正负序电压的解耦和分离,在正负序同步旋转坐标系下采用PI双闭环控制算法。针对零轴的独立控制,通过虚拟构造出Uα、Uβ分量,把零序分量逆时针转动90°构成αβ坐标系,再通过Park变换将αβ分量转换成dq直流量,从而对直流量进行反馈控制。由仿真结果可得,上述控制策略可以有效抑制不平衡负载电压的不平衡度。     

基于前馈补偿控制的四桥臂逆变器研究

针对三相四桥臂逆变器在不平衡负载较大时所产生的三相输出电压不对称问题,本文采用前馈补偿加双闭环控制的方法来解决这一难点.根据四桥臂逆变器平均电流模型,在理论上得出了前馈补偿控制策略.在该控制方案下的Matlab仿真波形符合所要求的三相对称输出电压,因此体现了此方案的正确性.实验结果表明,当不平衡负载较大时,加入前馈补偿控制能够使逆变器输出对称的三相电压,从而验证了该控制方案的可行性.     

3×4矩阵变换器的双电压控制策略

针对3×3矩阵变换器(MC)不能带不平衡负载问题,应用3×4 MC拓扑结构,其增加的中线桥臂连接到负载中性点。继承3×3 MC的双电压控制方法,并根据其调制过程的分析、推导,得出在不平衡负载情况下,三相桥臂的输出电压中含有零序分量。对中线桥臂单独采用脉宽调制方法,控制负载中性点的电压为相应的零序电压,从而使输出负载电压为三相对称电压。最后应用MATLAB/Simulink进行了仿真,仿真结果表明,应用所提出的控制策略,3×4 MC可以为不平衡负载提供三相对称的电压,验证了所提控制策略的正确性和有效性。