飞跨电容三电平逆变器空间矢量调制及电容电压平衡控制

论文阐述了飞跨电容三电平逆变器的空间矢量调制原理,并针对飞跨电容电压偏移问题提出了一种易于数字化实现的电容电压平衡控制方法,该方法继承目前广泛应用的三电平空间矢量调制策略,通过判断飞跨电容电压不平衡方向和负载电流的流向,采用砰砰滞环控制,调整冗余工作状态O_A和O_B的相对作用时间,从而实现飞跨电容电压的平衡和稳定。该方法简化冗余矢量的选择和时间计算,容易推广至多电平。仿真研究结果证实了本文提出的控制方案的正确有效性。     

飞跨电容型多电平整流器载波重构调制策略

针对飞跨电容型多电平整流器存在众多冗余开关状态的特性及飞跨电容的电压平衡控制需求,提出一种通用的载波重构调制策略。该策略通过构造多段锯齿形载波来增加调制自由度,在保持与载波同相层叠调制策略相同的线电压谐波性能的同时,还具备载波移相调制策略的飞跨电容电压自平衡特性。仿真与实验结果验证了所提调制策略的有效性。     

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。     

飞跨电容多电平光伏逆变器共模电流抑制技术

以飞跨电容多电平光伏逆变器为研究对象,首先建立系统共模模型,在此基础上分析开关状态、系统共模电压和共模电流之间的关系,并分析得出在载波正向层叠、载波反向层叠和载波相移三种调制方案下,系统共模电压存在高频变化,然后提出一种新型载波调制策略,利用载波调制结合布尔逻辑运算,使不同工作状态下保持系统共模电压恒定,进而有效抑制共模电流得到。最后搭建基于TMS320F28335DSP+XC3S400 FPGA数字控制的飞跨电容多电平光伏逆变器样机,通过对传统载波方案和本文提出的方案进行实验对比分析,验证了提出方法有效性。     

高压大容量五电平逆变器共模电压抑制研究

以一种新型五电平逆变器为研究对象,首先对其工作原理进行了分析;然后根据开关状态分布特点提出一种消除共模电压的调制策略,该调制策略不仅能实现系统共模电压为零,同时还解决了飞跨电容电压平衡问题;最后在Matlab/Simulink环境下对传统调制策略和该文提出的新型调制策略进行对比研究,结果验证了所提出方案的有效性。     

含开关电容的有源箝位多电平逆变器

针对传统多电平逆变器输出电平不易扩展的问题,结合开关电容能输出二倍电容电压的特点,提出一种含开关电容的有源箝位多电平拓扑。该拓扑能明显增加输出电平数,由开关电容带来的冗余状态也有利于电容电压均衡,且所含电容少逆变器体积小,适用于低压高功率密度的场合。分析了新拓扑中基本单元分别为开关电容单元和飞跨电容单元的情况,从电容容值和成本角度出发,得出了含开关电容的有源箝位型多电平拓扑构成原则。在此基础上从开关管数量、电容数量和冗余开关状态数量3个方面对比了新拓扑与普通有源中点箝位型拓扑的特性,最后以九电平组合拓扑为例,分析其工作原理、调制策略及电容电压控制策略。仿真和实验结果验证了其可行性。     

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。     

一种新型准Z源三电平Boost直流变换器的研究

针对共地三电平Boost直流变换器的飞跨电容电压严重偏离1/2输出电压及准Z源Boost直流变换器的开关器件电压应力大等问题,提出一种新型准Z源三电平Boost直流变换器结构,并采取交错调制作为变换器控制策略,更好实现增益宽、电压应力小等特性;利用MATLAB软件,仿真验证了所提变换器可有效解决飞跨电容偏离1/2输出电压、开关器件的电压应力大于1/2输出电压等问题。     

新型低压非隔离十七电平变流器及控制策略研究

为了减少高阶多电平变流器开关器件的数量,提出一种仅需要12个开关器件和2个飞跨电容的十七电平变流器拓扑,分析电路的工作原理及模态。通过与几种典型的十七电平逆变器拓扑比较,提出的十七电平逆变器在开关器件数量、飞跨电容数量、驱动电路数量等方面具有明显优势,其中最突出的是电流流经的开关器件的数量是最少的。这使得所提出的十七电平变流器具有更小的器件损耗。另外,采用有限控制集模型预测控制方法,实现了对输出电流、直流母线电容电压和飞跨电容电压等变流器核心参数的控制。通过仿真验证所提出十七电平变流器的工作原理的正确性及其控制策略的可行性。最后,搭建硬件实验平台,进一步验证所提出变流器及其控制算法的有效性。     

适用于高动态响应场合的五电平DC/DC变换器

提出了一种可用于高动态响应场合的五电平DC/DC变换器。该电路在飞跨电容三电平电路的基础上通过添加两个双向开关和两个飞跨电容构造中间电平。稳定的飞跨电容电压是电路工作的基础,当电路工作时,飞跨电容的电压可以通过调节与之对应的中间电平的导通时间比来调节。文中分析了该电路的工作模式、电容电压平衡原理。实验结果证明,该电路工作原理正确,可以正常工作。     

五电平逆变器钳位电容平衡控制策略研究

为了避免中点钳位/H桥五电平逆变器拓扑结构中因直流母线上存在2个钳位电容而造成母线中点电位平衡控制较为复杂的问题,介绍了一种由单电容钳位的三电平拓扑与半桥组合形成的五电平逆变器拓扑.该五电平逆变器拓扑只需要保证一个钳位电容在每个三角载波周期内充、放电时间相等,即可实现钳位电容电压平衡控制.对此提出一种新型的SPWM控制...     

层叠式悬浮电容逆变器的新型PWM控制方法

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。层叠式悬浮电容多电平结构可以大大减小电容器的尺寸,并且还具有控制灵活、电平数易扩展等诸多优点,因而倍受青睐,但是该逆变器也存在悬浮电容电压的平衡控制问题。据此本文提出一种新型的PWM方法,该方法不但能够有效控制电容电压的平衡,而且算法计算量小、便于数字化实现,能够保证功率器件的开关频率均衡,利用层叠式五电平逆变器,对该方法的有效性进行了详尽的仿真验证。     

基于SPWM控制的级联型五电平逆变器仿真研究

针对三电平逆变器输出电压谐波分量高和IGBT承受回路电压过大的问题,采用SPWM控制的级联型五电平逆变器进行改进,分析了级联型五电平逆变器的拓扑结构及工作原理,对载波SPWM控制策略进行了研究,在不同调制比下通过Mat-lab/Simulink仿真,对该控制技术进行了谐波分析,得出了一种适合于级联型五电平逆变器的调制方法。     

五开关H桥逆变器改进PWM控制方法的研究

针对传统级联五电平逆变器所需开关器件较多的问题,介绍了一种由1个辅助开关电路与H桥电路相结合的五开关H桥逆变器拓扑。根据该拓扑工作原理的特点,对其脉宽调制PWM策略进行了研究,提出了一种基于载波移相脉宽调制的改进型PWM控制方法。该方法依据两单元H桥级联,通过单极倍频CPSPWM方法得到五电平相电压的波形,并把该五电平电压波形作为五开关H桥逆变器的输出目标波形,再结合逆变器的4种工作模式来逆向推导出PWM脉冲信号。最后通过仿真和实验研究证明了该拓扑结构和控制方法的可行性与有效性。     

混合五电平逆变器的单载波双调制波调制策略

以电容箝位型混合五电平逆变器为研究对象,在分析其工作原理及电容电压平衡控制的基础上,提出了一种适用于该混合五电平逆变器的单载波双调制波脉冲宽度调制(PWM)策略。通过控制一个载波周期内电容的充放电量相等来保持其电压平衡,同时只需数字信号处理器(DSP)上的一个ePWM模块即可实现该混合五电平逆变器的控制,降低了控制难度,最大限度地节约了DSP片上资源。实验结果验证了所提调制策略的正确性和可行性。     

电容钳位H桥级联多电平逆变器功率均衡控制方法

针对电容钳位H桥级联多电平逆变器载波层叠SPWM调制方法中存在功率不均衡的问题,对该逆变器各个级联单元的有功功率输出进行理论分析,提出了一种改进载波层叠方式的功率均衡控制方法。该方法在不影响逆变器输出电压波形质量的前提下,通过保证该逆变器各个单元输出电压波形的基波幅值相等的方式,可以在一个输出周期内实现各个级联单元的输出功率均衡。以两单元电容钳位H桥级联多电平逆变器为例,进行了仿真分析和对比研究,详细给出了改进功率均衡控制法与传统控制方法下输出电压谐波失真(total harmonic distortion,THD)和输出功率的对比曲线,以及两种方法下逆变器输出的电压波形及其频谱图,结果验证了该控制方法的可行性与优越性。     

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。     

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。     

带有源缓冲的单级单相电流型逆变器

为了实现单级升压逆变,提出了一种带有源缓冲的单级单相电流型PWM逆变器,及其状态量限定下的输出电压反馈复合单周期控制策略,并对构成这种逆变器的电路拓扑、控制策略、关键电路参数设计、系统建模和仿真等进行了深入分析和研究,获得了重要结论。该逆变器电路拓扑主要由储能电感、有源缓冲电路、电流型单相逆变桥构成,存在三种工作模式和四种电路模态,通过三种工作模式的灵活切换达到限定储能电感电流和缓冲电容电压等状态量的目的,通过前馈储能电感电流和反馈输出电压的复合单周期控制实现输出正弦电压的稳定。1 kVA 100 V DC/220 V 50 Hz AC逆变器的原理实验结果表明,所提出逆变器能实现单级升压逆变,具有输出电压波形质量高、负载适应能力强和动态性能好的优点。