三相四开关APF的SVPWM优化策略研究

针对三相四开关并联型有源电力滤波器(TFSAPF)的直流侧电容电压变化问题,通过分析不同开关模式的电路结构,总结了直流侧电容电压变化的原因,并给出了TFSAPF4个模值不全相等的有效空间电压矢量对直流侧电容电压的影响。提出了通过检测电容电压差值和电容电流方向来选择不同的等效零矢量以平衡直流侧电压的SVPWM优化策略。针对直流侧中点电位偏移问题,设计了一种基于检测电容中点电流平均值的直流侧电压偏置补偿器。相关的仿真与实验结果均证明了该SVPWM优化策略的可行性和有效性。     

一种三相四开关有源电力滤波器SVPWM方法

三相四开关逆变器具有结构简单、硬件成本低的特点,且可作为三相六开关逆变器的容错拓扑结构。但三相四开关逆变器只有4个长度不完全相等的有效电压矢量,且无零矢量。针对上述问题,提出一种三相四开关有源电力滤波器(APF)的空间矢量脉宽调制(SVPWM)方法。该方法首先利用2个空间位置相邻的有效电压矢量合成参考电压矢量;并利用2个方向相反的有效电压矢量合成零矢量,为合理选择合成零矢量所需的电压矢量,对电压矢量的扇区进行重新划分。该方法可应用于APF的容错控制,从而提高其工作可靠性。仿真和实验结果证明了该方法有助于提高谐波补偿的精度。     

基于无谐波检测三相四开关APF模型预测控制

提出一种基于无谐波检测技术的三相四开关并联有源电力滤波器(TFSAPF)模型预测控制(MPC),该控制取代了传统四开关逆变器空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法,无需扇区判断和电压基矢量作用时间计算,避免了因母线中点电位偏移导致扇区误判断及合成零电压矢量存在误差。分析了传统SVPWM算法和MPC对系统的补偿效果,得出在预测允许误差范围内,提前预测两个采样周期的指令信号具有更好的补偿性能。新型控制方案省略了谐波检测相关运算,简化了调制算法。仿真结果验证了该方法的有效性与实用性。     

一种新颖两相调制SVPWM控制策略研究

针对传统空间电压矢量脉宽调制存在的问题,提出一种新颖空间电压矢量脉宽调制方案。在对传统SVPWM方案进行分析的基础上,采用两相调制方法,根据负载功率因数角选取各扇区内的零电压矢量。该策略使电流在过零时及电流最大时桥臂不换流,使得器件开关频率降低了1/3,且在电流过零时,避免了对该相的死区补偿。仿真及实验结果表明该优化SVPWM控制策略能有效改善电流波形,降低开关损耗,消除了传统方案需要检测电流方向的弊端,且算法简单,易于实现。     

基于统一PWM调制器的随机空间矢量调制

常用的SVPWM中零矢量U0和U7的工作时间是平均分配的。在该文中加以改进，引入一个正比于U7工作时间的系数k0，如果k0从0到1变化即代表了U7工作时间从总零矢量的0%变化到100%。 该文利用三角载波补偿法来实现上述改进的空间矢量调制，并经研究发现k0取不同的值可以实现多种PWM调制方式，基于此该文提出了统一PWM的概念。当在不同的开关周期k0取0~1之间的随机数时则实现了随机零矢量分布的随机PWM，这种调制器使得逆变器输出电压频谱尖峰大大减小，从而降低了电机驱动系统的音频噪声和电磁干扰。实验验证了这种随机PWM的有效性和实用性。     

基于共模电压抑制的双Y移30?六相SVPWM方法

定子绕组星形结点相隔离的双Y移30?六相电机与PWM变流器组成的系统会产生共模电压,给系统带来不利影响。为了抑制共模电压的大小与变化频率,分析了六相电压空间矢量的共模电压特点,提出一种六相SVPWM方法。该方法从64个基本矢量中选择共模电压不产生变化的非零基本矢量进行线性组合,得到一组中间矢量,使中间矢量在o1o2和z1z2平面为零矢量;然后利用中间矢量去合成dq平面上的期望矢量,合成过程中不使用dq平面上的零矢量。仿真和实验结果表明,在保持定子谐波电流抑制效果良好、电机转矩和转速动稳态性能良好的情况下,共模电压峰峰值为变流器直流母线电压的1/3,变化频率仅为线电压基波频率的3倍,远低于变流器开关频率。该方法可进一步拓展,用于抑制多相电机系统的共模电压大小与变化频率。     

基于负序电压矢量的微电网电压不平衡抑制

孤岛模式运行的三相微电网系统带不平衡负载运行时,不平衡负载不仅会导致负序电流的无序分配,而且将引起微电网母线电压的不平衡,进而会降低系统稳定性和可靠性。针对此种情况,提出一种负序电压空间矢量抑制方法。该方法将不平衡电压矢量分解成正序电压矢量和负序电压矢量,通过控制器的作用将负序电压空间矢量抵消成零,再经过电压电流双闭环将正序电压空间矢量补偿到参考值。最后通过仿真与实验验证了此方法可以简单有效地解决微网逆变器带不平衡负载时引起的电压不平衡问题。     

提高零相位指示器灵敏度的方法

本文介绍提高零相位指示器灵敏度的一种方法。在图1a中示出其矢量图,图中U_1为参考电压的矢量,U_8为被测电压的矢量,它位于与初始相位φ′及φ″相对应的两个位置U′_2、U″_2上的,两个差值矢量U′_(12)=U_1-U′_2和U″_(12)=U_1-U″_2,与初始相位φ′及φ″相对应的。当被测电压的初始相位φ从φ′到φ″的范围内变动时,差值电压的初始相位ψ则从ψ′到ψ″一个较宽的范围内变动。此时,相位φ和ψ同时经过零。所以,如确定差值电压的相位角φ必通过零值,零相位指示器的灵敏度就能得到提高。     

抑制矩阵变换器共模电压的间接调制改进方法

为了解决矩阵变换器共模电压对电机系统造成负面影响的问题,本文提出了两种改进的间接空间矢量调制方法:第1种是在矩阵变换器的高调制系数范围内,通过利用3个相邻的有效矢量来合成整流部分的参考电流;第2种是在低调制系数范围内,利用两个间隔的有效矢量和1个合适的零矢量来合成参考电流,并且这两种方法的逆变部分都不使用任何零矢量。该调制方法与传统调制方法相比,不仅将共模电压的峰值降到输入电压幅值的3~(1/2)/3倍,而且还降低了逆变部分的开关损耗。通过仿真和实验证实了这两种调制方法的有效性。     

快速空间矢量PWM控制算法的研究

分析了电压空间矢量PWM的基本原理,提出了一种改进的基于空间矢量PWM的快速算法。把参考电压经2/3坐标变换,根据三相参考电压的符号和作用时间来判断扇区,该算法不需要正弦函数和反正切函数计算。同时通过零矢量作用时间的适当分配可以连续调整不开关扇区的位置,使开关损耗达到最小,且程序运算速度明显提高。经仿真证明了其可行性。     

三相四开关并联型有源电力滤波器的指令电流确定方法

该文提供一种低成本的三相四开关并联型有源电力滤波器以适用于中、低压系统同时进行谐波电流抑制和无功功率补偿。通过对该三相四开关并联型有源电力滤波器工作原理的分析,采用直接将期望得到的电网正序基波电流作为该三相四开关并联型有源电力滤波器指令电流信号的控制方法。为保证在电网电压不平衡和电网出现短时故障等情况下,三相四开关并联型有源电力滤波器仍能安全有效的工作,引入正序基波电流幅值校正环节和正序基波电压相角检测器;为实现直流侧中点电压平衡,采用一种基于比例控制算法的直流侧电压偏置补偿器。相关的仿真与实验结果均证明该指令电流确定方法的可行性和有效性。     

五相电压源逆变器SVPWM优化算法

为使五相电压源逆变器同时获得最大电压利用率及最小输出电压谐波,在分析两种SVPWM算法调制机理的基础上,设计了一种改进的相邻最近四矢量SVPWM算法。该算法在调制比为0~1.051 4范围内,通过消除谐波空间合成矢量,使得输出电压谐波为零;在调制比为1.051 4~1.23 1范围内,通过优化重新分配电压矢量作用时间来合成参考电压矢量,保证了谐波空间的合成矢量最小,使逆变器工作在最优状态。构建了五相电压源逆变器仿真模型以及FPGA实验平台,仿真和实验结果表明:在整个线性调制范围内,优化算法能够使五相电压源逆变器的输出电压谐波最小。     

一种将共模电压抑制50%的间接矩阵变换器新型空间矢量调制方法

针对现有间接矩阵变换器(IMC)共模电压峰值抑制只能达到43%的问题,提出一种可以将共模电压(CMV)峰值抑制50%的新型空间矢量调制方法。首先研究了IMC各矢量下的CMV特性,在此基础上,新型调制方法根据输入电压所在的扇区选择最小CMV的零矢量和有效矢量,将有效矢量作用下的CMV峰值降低到0.29V_in,零矢量作用下的CMV峰值降低到0.5V_in,从而整体上抑制了CMV峰值。该新型调制方法利用IMC零电流矢量作用下的CMV与逆变级矢量无关的特性,解决了逆变级死区效应引起的共模尖峰问题,以及利用零电流矢量作用下的直流侧电压为0特性,逆变级实现了零电压开关(ZVS)。最后通过实验验证了新型调制方法的有效性。     

一种基于零矢量调节的五桥臂逆变器调制方法

针对五桥臂逆变器传统调制方法存在的电压利用率低、有大量电压反向脉冲、开关损耗大等问题,提出一种基于零矢量调节的调制方法,该方法借鉴空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术,通过调节整合两逆变器的零矢量分布,统合考虑公共桥臂脉宽需求,使其同时满足两台交流电机的需求。仿真和实验结果表明,该方法能实现两台交流电机在不同转速下的独立控制,且与传统调制方法相比,逆变器的电压利用率可提高一倍,电压反向脉冲和一个采样周期内开关动作次数均显著减少,从而验证了所提方法的有效性。     

三电平逆变器空间矢量调制及其中点控制的研究

论述一种中点钳位式三电平逆变器SVPWM原理及其实现方法。为避免三电平逆变器在扇区切换中输出矢量突变,采用一种首发矢量全部采用正小矢量或负小矢量的空间矢量调制算法,给出了合成矢量的相应输出电压矢量,推导出三角形顶点工作矢量的作用时间。提出一种充分利用冗余小矢量的中点电压控制方法,实现了电容电压的平衡。实验研究结果证实了提出的调制算法是正确且有效的。     

七相逆变器有限控制集模型预测控制技术研究

为得到七相变频调速系统电流控制的良好动静态性能,将有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)策略应用到七相电压源型逆变器的电流控制中。七相电压源型逆变器具有128个空间矢量,其中包含126个非零矢量和2个零矢量,在每个采样周期内,选择几组特殊的空间矢量,并对这些空间矢量进行在线评估,采用使目标函数最小的空间矢量作为下一个周期施加的矢量。此控制策略简单,具有较好的动静态性能,谐波消除明显。以DSP芯片TM320F28335为处理器,搭建七相逆变器阻感负载实验平台,进行相关实验,进一步研究目标函数、空间矢量数目以及采样时间等因素对控制性能的影响。研究结果证明了控制策略的正确性和有效性。     

一种应用于交流伺服系统的数字式电流控制方法

介绍了一种应用于交流伺服系统的数字式电流控制方法。这种电流控制方法主要基于对12个非零电压矢量的选择，用脉冲宽度调制的方式来插入零矢量。在12个非零电压矢量中，有6个是基本电压矢量，另外6个电压矢量可由基本电压矢量组合而成。使用大规模可编程逻辑器件，实现了上述控制策略。最后分析了这种方法的实际控制效果，给出了电流的波形。     

A new vector frequency modulation method for power conversion circuits

This paper presents an effective PWM method for power conversion circuits. The proposed method is called Vector Frequency Modulation (VFM) in this paper. VFM is different from conventional PWM methods. Although VFM is based on the concept of the space voltage vector, all necessary calculations of the periods of the voltage vectors can be performed without using traditional equations. The voltage vectors are classified into two groups, zero vectors and nonzero vectors. Instead of the complicated equations, a very simple algorithm is employed in VFM. One vector period is fixed and the zero vectors are distributed among the nonzero vectors in the ratio determined by the command voltage or frequency. The action of VFM is performed in software, and no modulation‐wave oscillators, comparators, and up‐down counters are needed. First, a reversible chopper is modulated by VFM and a 2‐kW DC motor is driven by the chopper. The motor speed is regulated by modern control theory. Next, a three‐phase inverter is modulated by VFM and a 2.2‐kW induction motor is driven by the inverter. Experimental results are presented to demonstrate that VFM is useful for power conversion circuits. © 2010 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 174(1): 59–68, 2011; Published online in Wiley Online Library ( wileyonlinelibrary.com ). DOI 10.1002/eej.20982     

抑制三相四桥臂逆变器共模电压的三维SVPWM控制策略

研究基于三相四桥臂逆变器的三维空间矢量脉宽调制(3D-SVPWM)控制策略。针对大功率变流系统存在较大共模电压,易对电机等负载造成伤害,影响电网电能质量等问题,提出一种改进的3D-SVPWM控制策略。首先,对三相四桥臂逆变器的拓扑结构进行分析,说明了产生共模电压的原因。然后,在传统3D-SVPWM控制策略的基础上,提出选取参考电压矢量附近两个相反的非零矢量来代替零矢量的方法。最后,通过MATLAB/Simulink建模仿真证明,改进后的控制策略不受负载平衡状态改变等方面的影响,在不改变直流电压利用率的前提下,可以有效降低共模电压,达到主动抑制的目的。