基于直流侧电压不均衡的CHB多电平逆变器SHEPWM控制技术

传统的H桥级联型多电平逆变器SHEPWM技术多用于各单元直流侧电源完全相等的情况,但在实际应用中电源电压可能会产生一定的偏差,使得特定谐波消除效果变差。针对这一问题,提出了一种基于直流侧电压不均衡的多电平逆变器SHEPWM技术,以七电平逆变器为例,取3种不同电压值情况,利用多种群遗传算法求解建立的非线性方程组得出对应的开关角度解。对3种不同电压值情况下的开关角度轨迹进行了分析,对调制比0.65~0.85区间内出现的多解情况进行了讨论,对比不同解时消谐效果的差异,为不同要求场合下消谐角度的选择提供了参考。仿真和实验结果证明了该控制技术的可行性和可靠性。     

Ⅱ型不对称CHB多电平逆变器SHEPWM功率均衡控制策略

针对直流侧电源电压比为1:2:4的Ⅱ型不对称CHB(ACHB)多电平逆变器特定谐波消除(SHEPWM)调制存在的各级联单元输出功率不均衡问题,对传统的SHEPWM调制进行改进,提出一种新的功率均衡控制策略.该策略利用Ⅱ型ACHB多电平逆变器输出相电压冗余的特点,对消谐方程组中基波幅值方程表达式进行等效拆分,不仅保证了逆变器输出相电压周期对称的电压波形以及实现各个串联H桥单元在一个输出周期内的功率均衡,而且通过多种群遗传算法得到消谐方程组的解,消除了特定的低次谐波,使逆变器输出高质量的电压波形.搭建了三单元十五电平Ⅱ型ACHB多电平逆变器实验平台,对上述功率均衡控制策略进行了理论分析和仿真验证.实验结果验证了该均衡策略的可行性和正确性.     

混合级联多电平变换器SHEPWM方法的仿真

研究了混合级联多电平变换器的特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)技术，针对1／4周期对称的混合级联多电平SHEPWM问题，提出了一种使用具有均匀电平的通用多电平SHEPWM方法求取预期的输出电压波形，然后采用混合级联多电平电路来实现所需电压和功率输出的解决办法。以两级混合级联多电平电路为例，对混合级联多电平逆变器的SHEPWM方法进行了仿真研究，结果证明：混合级联多电平SHEPWM非线性方程组形式和求解过程与通用的均匀电平多电平变换器一样简单，易于收敛；适用于通用均匀电平多电平变换器的SHEPWM非线性方程组求解问题的结论，完全适用于混合级联多电平变换器；直流母线电压利用率很高，电压调制比可以达到1．158；SHEPWM法的谐波消除效果非常理想，输出电压波形质量高，是混合级联多电平变换器的一种非常有效的控制策略。     

混合级联多电平变换器SHEPWM方法的仿真

研究了混合级联多电平变换器的特定谐波消除脉宽调制（SHEPWM）技术，针对1/4周期对称的混合级联多电平SHEPWM问题，提出了一种使用具有均匀电平的通用多电平SHEPWM方法求取预期的输出电压波形，然后采用混合级联多电平电路来实现所需电压和功率输出的解决办法。以两级混合级联多电平电路为例，对混合级联多电平逆变器的SHEPWM方法进行了仿真研究，结果证明：混合级联多电平SHEPWM非线性方程组形式和求解过程与通用的均匀电平多电平变换器一样简单，易于收敛；适用于通用均匀电平多电平变换器的SHEPWM非线性方程组求解问题的结论，完全适用于混合级联多电平变换器；直流母线电压利用率很高，电压调制比可以达到1.158；SHEPWM法的谐波消除效果非常理想，输出电压波形质量高，是混合级联多电平变换器的一种非常有效的控制策略。     

基于同伦算法的多电平逆变器SHEPWM控制技术

随着逆变技术的发展,特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)技术在逆变器脉宽调制(PWM)控制,尤其是高压大容量多电平逆变器控制方面受到广泛关注。利用同伦算法求解了七电平九个开关角度的消谐模型,分析了利用DSP事件管理器(EV)实现PWM输出时的一些弱点,并提出利用计数器实现对多电平逆变器的SHEPWM控制。实验结果证明了利用同伦算法求解开关角度的正确性和利用计数器得到多电平逆变器SHEPWM控制的各器件脉冲信号的可行性。这对改善多电平逆变器输出电压质量及简化硬件实现具有一定参考意义。     

基于载波和空间矢量调制之间联系的多电平VSI降低和消除共模电压的PWM策略

提出一种多电平逆变器降低和消除共模电压的调制方法。选择适当的开关状态,部分共模电压消除调制方法(PCMVPWM)能将共模电压降低到直流侧母线单电源电压的三分之一,完全共模电压消除调制方法(FCMVPWM)能完全消除共模电压。分析了这两种调制方法与基于载波的脉宽调制方法的关系。在NPC三电平逆变器的原型机上对算法进行了实验验证,仿真和实验结果表明该调制方法能够有效地降低共模电压。最后将算法拓展到任意电平逆变器的调制中。     

一种适用于三电平逆变器的开关电源设计

介绍了一种适用于三电平逆变器的开关电源。该电源在启动时采用电网供电,在逆变器直流侧电压达到额定值时,从逆变器直流侧储能电容下电容上取电。由于开关电源直接从直流侧储能电容下电容上取电,因而,开关电源的最大输入电压仅为三电平逆变器直流侧额定电压的1/2,并且在逆变器主系统突然掉电后,开关电源仍能工作一段时间,这保证了掉电后保护动作依然能可靠执行,提高了逆变器主系统的安全性。同时,设计了储能电容放电回路,使得系统正常工作时,放电回路无损耗,当逆变器直流侧掉电后,给储能电容提供放电回路。开关电源主电路基于单端反激式变换原理,工作在电流断续模式(DCM)。实验结果证明,开关电源符合设计要求。目前,该开关电源已成功应用在一台三电平逆变器样机上。     

多电平逆变器特定谐波消除脉宽调制方法的初值问题研究

特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)方法，通过开关时刻的优化选择，消除选定的低频次谐波，具有波形质量、效率、直流电压利用率都高、直流侧滤波器尺寸小等一系列优点，所以受到人们的普遍关注。该文提出一种基于面积相等和注入零序谐波相结合的非线性方程组的初值求取的方法，简化了多电平逆变器SHEPWM非线性方程组初值的求取方法，显著提高了初值的有效性，根据一个调制度数值和谐波消除目标确定的初值，往往适用于同样谐波消除目标下、调制度在该值附近的一个范围内的所有SHEPWM非线性方程组，并且较大加快了求解非线性方程组的迭代过程的收敛速度；以五电平电压源逆变器为例，采用电力电子专用仿真软件POWERSIM6，对非线性方程组的数值解进行了仿真研究，结果证实了所提初值求取方法的有效性和实用性。 关键词：；特定谐波消除脉宽调制；非线性方程组；初值     

多电平逆变器SHEPWM问题解的包含关系

为了利用已知的较低电平数多电平逆变器特定谐波消除脉宽调制(selected harmonic elimination pulse width modulation,SHEPWM)问题的解,来构建、丰富和完善具有较多电平数的多电平逆变器的SHEPWM问题的解的集合,该文从SHEPWM非线性方程组的形式、多电平逆变器输出电平的物理概念、多电平逆变器SHEPWM问题解的多重性等方面出发,提出并研究了多电平逆变器SHEPWM问题解的包含关系。以级联多电平逆变器为例,对七电平逆变器M=0.38、五电平逆变器M=0.76和三电平逆变器M=1.14时的方程组的数值解进行了实验研究,结果证明了所求数值解能够实现基波控制、谐波消除目标、七电平对五电平和三电平、五电平对三电平逆变器SHEPWM问题的解包含关系。     

混合级联型多电平逆变器共模电压优化方法

为研究混合级联型多电平逆变器共模电压的优化,提出了一种多电平逆变器的共模电压优化方法.通过分析混合级联型多电平逆变器输出电压矢量在α'-β'坐标系中的分布规律,重新定义了不同高低电压和频率的基本矢量.在基本矢量区域划分为几类不同的特征多边形和在优先选择高电压-低频率基本矢量点的前提下,获取由3个基本矢量点合成的参考矢量值,并计算3个基本矢量的持续作用时间.为验证本优化方法的正确性,在二级七电平混合级联多电平逆变器(两单元直流侧电压比为1:2)仿真模型及实验平台上对算法进行了验证.仿真和实验结果表明:逆变器输出的共模电压幅值可限制在单位直流侧电压内,对共模电压的抑制作用较明显.     

基于Walsh函数的多电平逆变器多波段SHEPWM控制技术

基于Walsh函数变换的特定谐波消除脉宽调制(selected harmonics elimination pulse width modulation,SHEPWM)技术存在调制比受限的问题,为此,提出了基于Walsh函数的多电平逆变器多波段SHEPWM控制技术。该方法通过分析傅里叶级数变换下的多电平多波段SHEPWM电压波形,归纳出调制比从0到1之间变化时多电平逆变器多波段统一的SHEPWM非线性方程组,再利用Walsh函数变换对其进行求解,从而同时解决了拓展调制比、在线计算、实时控制的难题。以7电平为例,给出了各个波段下的Walsh函数分段线性方程组及开关角度轨迹,同时还考虑了调制比切换处多组解的情况。算例结果验证了该方法的可行性。     

三电平逆变器SHEPWM的一种空间电压矢量合成算法

三电平逆变器的特定谐波消去脉冲宽度调制(SHEPWM)的开关角难于实时求解,而两电平的SHEPWM调制可由基本空间矢量SV组成的矢量序列实现。在三电平的空间矢量六边形所分解的两电平小六边形中,得出三电平SHEPWM所需的基本SV矢量切换状态表,推导基本SV矢量的作用时间,形成矢量序列,实现了三电平逆变器SHEPWM的一种电压矢量合成新算法,该算法中的开关角可通过基本SV矢量运算而直接生成且易于快速实现。     

多电平逆变器通用电容电压平衡优化算法

针对二极管箝位型多电平逆变器电容电压难以控制的问题,分析了一种简单的多电平逆变器等效模型,用于预测结点电压偏差,提出了一种多电平逆变器电容电压平衡优化SVPWM(space vector pulse width modulation)算法。该算法通过预测不同开关状态下直流侧结点电压偏差,建立目标函数并对其寻优,在每个开关周期选取最优的开关组合达到结点电压平衡。理论分析和试验结果表明,该算法适用于任意电平逆变器电容电压平衡的控制,解决了三电平逆变器电容电压平衡的问题,但在三电平以上的逆变器受调制度限制。针对三电平以上高调制度下电容电压失衡的原因进行了分析,并给出了解决方法。仿真和实验验证了算法的正确性。     

多电平电压源逆变器降低共模电压的脉宽调制策略的研究

多电平逆变器因为存在的开关状态多,因此其调制方法也较为复杂。通过选择适当的开关状态,部分共模电压降低调制方法(PCMVPWM)能将共模电压降低到直流侧电源的1/3,而完全共模电压消除调制方法(FCMVPWM)能够完全消除共模电压。本文主要揭示了这两种调制方法与基于载波的脉宽调制的关系并进行仿真比较。最后,在实验室建立的NPC三电平逆变器的原型机上对算法进行了实验验证,结果表明该调制方法能够有效地降低共模电压。     

一种级联H桥光伏并网逆变器控制策略

级联H桥(CHB)光伏逆变器应用了典型的多电平技术,具有输出电流谐波含量低、效率高及易于模块化等优点。但与传统逆变器不同,CHB光伏逆变器需要同时实现对每个H桥模块直流侧电容电压的独立控制,以保证直流侧的光伏组件都工作在最大功率点。为此,提出一种基于d,q坐标系的单相CHB光伏逆变器控制策略,不仅能实现每个H桥模块直流侧电容电压独立控制,而且可实现电网电流的单位功率因数控制。实验结果验证了所提控制策略的有效性。     

一种新颖的单电源级联型多电平逆变器

从经济性和功率集成角度提出一种单电源级联型多电平逆变器。该拓扑在保留了传统级联型多电平逆变器中单管耐压低、所需器件少、易于模块化的优点上,其直流侧仅有一个独立电源,其它电源可用电容代替。通过引入充电开关管组,电源可为电容频繁地充电,使电容电压在一定程度上保持恒定。独立电源和电容有效组合使得多电平逆变器稳定运行。详细地介绍单电源级联型七电平逆变器的工作原理及采用的载波移相调制策略;通过数学推导得到电容电压稳定性的影响因素,结果用于电容参数设计;充电损耗也进行了计算;控制系统通过TMS320LF2407A DSP 和XC3S400FPGA 数字化实现。搭建一台1 kW 逆变器样机,验证了提出拓扑的可行性。     

优化多电平逆变器多波段SHEPWM控制技术

特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)技术在逆变器脉宽调制(PWM)控制,尤其是在高压大容量多电平逆变器控制方面备受关注。利用三角余弦函数倍角关系,将七电平逆变器多波段SHEPWM消谐方程组转换为代数多项式组的形式,然后利用Matlab中Solve函数得到全调制比下的所有解。经分析,绘制了总谐波畸变率(THD)最小值随调制比变化的曲线及对应的消谐开关角度轨迹。仿真和实验证明,利用该方法求取的开关角度解正确可行,并且具有高效、快速等优点,对开关角度合理选取及改善多电平逆变输出电压质量很有意义。     

二极管箝位式五电平变换器直流侧电容电压的控制

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。在多电平逆变器中,二极管箝位式由于具有不需要独立的直流电源、控制简单等优点倍受青睐。然而由于它存在直流侧电容电压不平衡问题,因而还未能够在有功功率变换中得到广泛应用。针对这一问题,文献中曾有研究,但牺牲了电平数（当输出电压较大时）。本文将逆变器和整流器结合使用,利用整流器和逆变器对直流侧电容共同作用,既控制了电容电压平衡,又增加了电平数,使谐波受到一定程度的抑制。文中采用MATLAB仿真验证了该方法的有效性。     

一种新型的混合级联多电平逆变器

在中高压大功率场合级联H桥多电平逆变器受到了越来越多的关注。混合级联多电平逆变器是传统级联多电平逆变器拓扑的改进,它的直流侧电压幅值不同。混合级联多电平逆变器最大的优点是在得到相同电平数目的情况下,大大减少了独立直流电源的数目。但是,在一些应用场合,直流电源只能为一个。针对这个问题,在直流侧加入高频环节,得到了一种新型的混合级联多电平逆变器,实现了单直流电源供电,而且这种逆变器的输出电压THD较低,系统体积小。文中首先介绍了基于高频环节混合级联多电平逆变器的电路结构,分析了该结构功率分布问题,针对最近电平逼近调制策略下的输出电压低次谐波较大的问题,改进了控制方法,最后通过软件仿真验证了改进控制方法的可行性。     

半桥三电平逆变器输出不对称交流时直流侧电容电压的分析

多电平逆变器能够产生多阶梯、低失真的电压波形,尤其适用于高压大功率的场合.但是如果输出的电流波形不对称,那么中点电位就会严重偏移.本文以全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)中的快速控制电源为背景,首先对三电平PWM逆变器以及二极管整流器进行分析,根据开关器件的不同状态总结出三电平PWM电路的四种工作模式,然后针对感性负载通过带有直流分量的正弦电流的情况,采用电流充电法和能量守恒法分析出的逆变器直流侧电容电压的变化情况并推导出单位周期内电容电压变化的公式,最后通过仿真与试验进一步验证两个公式的合理性和正确性.