嵌套式中点可控型五电平变换器新型空间电压矢量调制策略

针对嵌套式中点可控型(nested neutral point piloted,NNPP)五电平变换器电容电压平衡问题,提出一种基于gh坐标系的五电平NNPP变换器新型空间电压矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)算法。同时,给出悬浮电容电压平衡和直流侧中点电压平衡控制策略。通过选取各相输出电平对应的冗余开关组合,实现悬浮电容电压平衡。根据中点电压波动模型,提出一种基于开关序列优化(switching sequence optimization,SSO)的中点电压平衡控制策略。采用五段式开关序列设计,建立目标函数,根据中点电压偏差,对开关序列进行动态选择,选取最优开关序列。最后搭建了五电平NNPP变换器实验样机,稳态和动态实验结果验证了所提新型SVPWM算法和电容电压平衡控制策略的有效性。     

共模电压减小的五电平ANPC快速模型预测控制

针对三相五电平有源中点箝位型(ANPC)逆变器共模电压和电容电压平衡问题,提出了一种具有共模电压减小的快速模型预测控制(MPC)策略。首先,通过建立变换器输出共模电压的数学模型,舍去对共模电压影响较大的电压空间矢量,有效抑制了共模电压的脉动;在此基础上通过扇区划分,减少了控制集内的电压矢量数;然后根据悬浮电容电压采样值选择合适的开关状态,控制了悬浮电容电压的平衡。最后,将负载电流和上、下直流母线电容电压值作为预测模型的输入,选择价值函数最小的开关状态作为控制器的输出。此方法在平衡电容电压和减小共模电压脉动的基础上,降低了价值函数构建的复杂性,减小了控制器的计算量,提高了计算效率。     

一种新型五电平逆变器电容电压平衡策略研究

以一种新型有源中点筘位型五电平逆变器拓扑为研究对象,分析了其工作原理,重点研究了其开关状态对母线中点电压和悬浮电容电压的影响。在此基础上提出一种最优开关组合控制策略,基于最优函数的思想选择合适的冗余开关状态组合实现电容电压的平衡控制。仿真和实验验证了所提出的平衡控制策略的有效性。所提平衡思想与控制策略可广泛应用于各种有源中点箝位型拓扑,具有较强的推广性与实用性。     

三电平ANPC逆变器中点电压平衡控制策略

针对三电平有源中点箝位型逆变器存在中点电压偏移的问题,提出了一种改进的空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)中点电压平衡控制策略。该策略对逆变器的三相桥臂分别进行控制,并根据采样得到的中点电压和三相电流的大小及方向,动态微调每个开关周期内各相开关序列零状态的占空比,从而改变直流侧电容的充放电时间,减小输出电流对中点电位的影响,达到控制中点电压平衡的目的。该控制策略使用和传统的SVPWM一样的矢量分区方法和脉冲开关序列,所以没有额外地增加矢量分区的复杂度和器件的开关损耗。最后搭建了三电平有源中点箝位型逆变器的仿真模型和实验平台对提出的控制策略进行了验证,仿真与实验结果证实了所提控制策略的有效性与可行性。     

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。     

NPC/H桥逆变器直流侧电容电压平衡研究

针对中点箝位(NPC)/H桥逆变器直流侧电容电压的不平衡问题,基于传统空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法,提出了一种平衡三相直流侧电容电压改进型控制算法。该算法利用g-h坐标系确定参考电压位置,选择相应的位置矢量及平衡矢量并优化矢量合成序列,同时加入调节因子调整平衡矢量作用时间,从而实现对直流侧电容中点电位偏移的抑制。实验表明所提出的改进型SVPWM算法能有效平衡三相直流侧电容电压并且具有较强的动态响应能力。     

基于空间矢量调制的非隔离型V2G系统共模电流抑制

从系统高频共模等效模型入手,分析确定产生共模电流的激励源;改进传统抑制共模电压空间矢量调制(SVM)算法,优化三相三电平车网互动(V2G)开关状态转换次序,形成五段式去冗余SVM算法,有效抑制共模电压,但三相三电平V2G中点电位不平衡会对共模电压产生影响,限制了共模电流抑制效果。提出了从控制算法和拓扑改进2条途径分别实现中点电位平衡的控制方法。采用控制算法途径时,引入虚拟空间矢量调制(NTV2),剔除输出共模电压幅值较大的冗余小矢量,保证了共模电流抑制效果;重新定义虚拟小矢量和虚拟中矢量,在新型虚拟矢量空间下,提出分区域的混合调制策略,使其开关频率固定,通过控制开关周期内的平均中线电流为零实现中点电位平衡。采用拓扑改进途径时,调制方式仍采用上述五段式去冗余算法,以抑制共模电流;在直流母线处引入H桥平衡电路(或与之等效的单桥平衡电路),根据中点电位的偏移方向,选择平衡电路工作模式来调整直流母线电容所带电荷量,从而抑制中点电位的偏移,并可设置电压误差滞环,进一步增强了该方法的普适性和鲁棒性。仿真实验验证了理论分析和2套协同控制策略的正确性。     

一种无权重系数的三电平NPC逆变器低共模电压FCS-MPC算法

针对中点钳位式(neutral point clamped,NPC)三电平逆变器,传统低共模电压有限集模型预测控制(finite control set mode predictive control,FCS-MPC)算法通过评价函数约束进行中点电位平衡控制,需要额外设计权重系数,存在参数整定困难、影响输出电流谐波问题。该文提出一种无权重系数三电平NPC逆变器低共模电压FCS-MPC算法。首先,电压矢量控制集中舍弃正小矢量和PPP、NNN两个零矢量,将共模电压幅值抑制在Udc/6以下。其次,对控制集中每一个基本小矢量和中矢量,构造幅值和方向相同、对中点电位影响不同的冗余虚拟电压矢量。在控制执行过程中,第一步选出电流控制目标最优基本矢量,以保证输出电流谐波不受影响。第二步通过比较所选基本矢量及其冗余虚拟矢量作用,选出满足中点电位平衡控制目标矢量作为最优矢量,并将其开关序列作用于逆变器,从而省去权重系数。最后,实验验证所提算法正确性和有效性。     

五电平逆变器直流侧电容电压的平衡与控制

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．而二极管箝位式多电平逆变器(DCMLI)因无需独立的直流电源来维持每级电压而备受人们青睐。然而，该逆变器存在直流侧电容电压的不平衡问题，因而还未能在有功功率变换中得到广泛应用。针对这一问题，本文提出一种电容电压动态平衡控制算法。该算法基于空间矢量脉宽调制法(SVPWM)，通过选取合适的冗余开关状态，控制电容电流，从而达到控制电容电压的平衡目的。仿真验证了该算法的有效性。     

简化矢量的多电平逆变器共模电压抑制方法

在高压变频传动领域,共模电压问题尤为突出.首先以有源中点箝位型五电平(ANPC-5L)逆变器为例进行分析,提出了一种基于简化空间矢量的多电平逆变器共模电压的抑制方法.通过建立变换器输出共模电压的数学模型,分析多电平变换器各开关状态与共模电压之间的关系,以最小共模电压为控制目标剔除不满足要求的开关状态,从而减少多电平电压空间矢量对应冗余开关状态的数量.得益于冗余开关状态数量的降低,不仅共模电压得到了很好地抑制,同时还极大地降低了多电平电压空间矢量脉宽调制策略的实现难度.最后通过实验结果验证了所提共模电压抑制方法的正确性和有效性.     

基于双SVPWM的MMC电容电压平衡控制研究

针对模块化多电平变换器(MMC)系统中存在的桥臂电压和子模块(SM)电容电压平衡问题,设计了一种基于双空间矢量脉宽调制(SVPWM)的MMC电容电压平衡控制策略。分别设置了两组SVPWM对三相MMC上、下桥臂独立控制,并结合使用冗余开关矢量实现了SM电容电压平衡。同时设计了SM外部电容电压平衡方法,以最小化计算负担。在SM选择过程中使用了负载电流的方向而非桥臂SM电流,降低了电流传感器数量。利用MMC试验平台对基于双SVPWM的MMC电容电压平衡控制方案进行了测试。研究结果表明,新型控制方案能有效平衡MMC电容电压。     

抑制共模电压的极简空间矢量控制

针对五电平有源中点箝位型(ANPC)变换器共模电压大的问题,提出一种抑制共模电压的极简空间矢量控制。首先将参考电压投影到线电压坐标系中,得到对应区域内的所有矢量,分析矢量与共模电压和中点电压之间的联系,然后以最小化共模电压为目标对矢量选择范围进行合理约束的同时,保证剩余矢量能对中点电压进行均衡控制。在此基础上,针对中点电压控制提出一种极简序列选择法,从而降低空间矢量调制策略的复杂度。最后对所提共模抑制算法的正确性和有效性进行了实验验证。     

有源钳位三电平变频器改进SVPWM策略

中点钳位(NPC)三电平变频器存在功率器件损耗不平衡问题,部分器件发热严重,限制了变频器容量和开关频率的提升,有源中点钳位(ANPC)三电平变频器通过不同的零电压输出状态可以平衡功率器件的损耗。通过选取不同的冗余零状态,提出一种适用于ANPC三电平变频器、可以平衡功率器件损耗的改进空间矢量调制(SVPWM)算法。对所提SVPWM算法和传统正弦矢量脉宽调制(SPWM)算法进行仿真对比,分析功率器件损耗分布情况,结果表明所提方法可以平衡功率器件的损耗,提高变频器的容量和开关频率。另外,和SPWM算法相比,采用SVPWM算法输出电压可以提高15%,电流谐波畸变率会有所降低,最后通过实验验证了所提算法的正确性。     

T型逆变器中点电压全范围精确平衡研究

中点电压不平衡是T型逆变器的固有缺点。分别建立空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法和虚拟空间矢量脉宽调制(VSVPWM)算法的中点电压偏移量数学模型,得到两种算法的中点电压不可平衡区域与负载功率因数角、调制比之间的关系,提出一种中点电压全范围精确平衡算法。该算法通过计算和修正小矢量作用时间的平衡因子来实现中点电压的精确平衡,通过判断平衡因子的取值来确定控制算法,以确保在保持中点电压精确平衡的基础上有效减小输出谐波和开关损耗,仿真和实验验证了所提算法的有效性。     

基于空间电压矢量的有源中点箝位型五电平逆变器母线中点电压平衡问题的研究EI北大核心CSCD

有源中点箝位型五电平(active neutral-point-clamped five-level,ANPC-5L)变换器与三电平相比,具有输出电压等级较高、输出功率更大、电流谐波含量较低等特点,在高压大功率领域具有较高的研究价值。以ANPC-5L变换器作为研究对象,采用空间电压矢量脉宽调制控制算法,通过分析ANPC-5L变换器的单相拓扑结构及其工作原理,针对不同开关状态下的ANPC-5L变换器的母线中点电压的波动模型进行研究分析,得出了平衡母线中点电压偏差的公式及ANPC-5L变换器中点电位的平衡域曲线。以此为基础,提出一种有效平衡中点电压的控制方法,通过选择参考电压矢量所在三角形的开关序列及同时控制复用矢量的作用时间之比,实现了悬浮电容电压与中点电压的解耦和平衡控制,最后通过实验进一步验证了控制算法的正确性和有效性。     

基于电容电压平衡的五电平堆叠多单元变流器空间矢量调制策略*

文中提出一种基于电容电压平衡的五电平堆叠多单元(SM,Stacked Multicell)变流器的空间矢量控制策略,使空间矢量调制(SVM)算法能应用于堆叠多单元变流器(SMC,Stacked Multicell Converters)这种新型拓扑结构的变流器中。通过对五电平SM变流器拓扑的研究,得出单相电路所有可能的开关状态及其对应的电流通路,并由此分析各个开关状态对电容电压的影响。在不改变空间矢量调制算法计算得出的冗余矢量和占空比的前提下,控制策略仅仅通过开关状态的选择达到同时调整悬浮电容和母线电容电压的效果。因此该控制策略能将任何空间矢量调制算法应用于SM变流器,抑制变流器的悬浮电容与母线电容的中点电位偏移。在Matlab/Simulink中构建SM变流器并进行仿真,仿真的结果证明了该控制策略的有效性。     

基于虚拟电压矢量的五相电压源逆变器空间矢量调制算法

在多相电机驱动系统中,逆变器控制和调制算法引起的共模电压将会产生电磁干扰,从而影响系统正常工作、损坏电机定子绕组绝缘,降低电机使用寿命等;五相逆变器输出电流低次谐波将会导致定子铜耗增加,转矩脉动变大,影响电机控制性能。因此,为抑制输出电流中所含的低次谐波分量,并减小共模电压,提出一种基于虚拟电压矢量的五相电压源逆变器空间电压矢量脉宽调制算法(virtualvoltage vectorbasedspacevectorpulsewidthmodulation,V3-SVPWM)。首先,根据伏秒平衡原理,选择相邻4个大矢量按照特定占空比合成有效虚拟电压矢量,选择2个方向相反的大矢量合成虚拟零矢量。然后,使用虚拟电压矢量合成参考电压,计算过程简单,便于数字实现。最后,将所提算法与最近2矢量SVPWM(near-twovectorsbasedspace vector pulse width modulation,NTV-SVPWM)和最近4矢量SVPWM(near-fourvectorsbasedspacevectorpulsewidth modulation,NFV-SVPWM)进行仿真和实验对比研究,验证所提算法的正确性和有效性。     

三电平双PWM变换器电容电压平衡综合控制

针对三电平双PWM变换器电容中点电压平衡控制问题,提出一种网侧和电机侧电容中点电压平衡综合控制策略。该算法首先在每个开关周期对网侧和电机侧的三相电流和直流侧电容电压进行采样和预测,通过查表得到参考矢量所在扇区的中点平均电流计算式,进而给出一个能够表征电容中点电压预期控制指标的品质函数g。通过递推运算使g函数取最小值,从而获得下一个调制周期最佳中点电压控制的冗余矢量时间分配因子λ。仿真和实验结果表明,相比于常规单独网侧的中点电压控制算法,该算法具有较好的动态响应性能,能够使直流侧电容中点电压波动大大减小。     

MMC的载波循环正弦脉宽调制策略

悬浮电容电压均衡问题是模块组合多电平变换器(MMC)控制的关键和难点之一。此处提出一种可实现悬浮电容电压均衡的载波循环正弦脉宽调制(CRSPWM)策略,在分析载波层叠正弦脉宽调制(CDSPWM)的载波分配规律的基础上,通过载波循环的方法,重构载波与功率模块的对应关系,利用冗余开关状态来减小悬浮电容电压的充放电时间差异,实现MMC悬浮电容电压的均衡控制。实验结果表明,采用所提CRSPWM策略,无需任何电容电压控制措施可有效减小悬浮电容电压的波动幅值和各悬浮电容间的电压差异。     

NPC/H桥逆变器调制策略及其中点电位控制

以中点钳位型H(neutral point clamped H,NPC/H)桥逆变器为对象,研究该拓扑调制策略中存在的算法繁琐、直流侧电容电压波动问题。在分析了NPC/H桥五电平逆变器主电路工作原理的基础上,为简化空间矢量脉宽调制（space vector pulse width modulation,SVPWM）算法和抑制低开关频率下逆变器输出畸变,设计了一种基于g-h坐标系的三段式SVPWM算法。该算法开关状态选择灵活,具有开关损耗低、谐波性能好的特点。基于SVPWM算法,分析直流侧电容电压波动原因,根据电流方向和电容电压差,合理选择左、右桥臂的开关状态,平衡电容中点电位。搭建Simulink仿真模型,对比不同开关频率和不同调制度下逆变器输出性能,验证了三段式开关序列在低开关频率工况下的明显优势。基于以数字信号处理器和现场可编程门阵列（digital singnal processor and field-programmable gate array,DSP&FPGA）为控制器的NPC/H桥五电平逆变器实验平台,验证了三段式SVPWM策略和中点电位控制方法的有效性。