级联型多电平逆变器的改进PWM控制方法

级联型多电平逆变器由于其显著特点,受到了电力电子技术人员的广泛关注。通过对级联型多电平逆变器几种典型控制方法的分析比较,提出了一种改进多载波脉宽调制（PWM）控制方法。该方法通过改变载波的幅值,使级联逆变器的各个逆变单元开关规律相同,并使所有的开关器件的损耗一致,有利于保证逆变单元使用寿命的一致和提高整个装置的可靠运行性能。研制了一套串联2单元5电平逆变器,采用现场可编程门阵列（FPGA）器件实现了所提出的控制方法,控制精度高、抗干扰能力强。实验结果证明了该方法的可行性。     

新颖的高效级联型多电平逆变器

为了克服多输入源级联型多电平逆变器的输出电平数不易扩展和基于开关电容的多电平逆变器效率不高的缺陷,提出了一种新颖的高效级联型多电平逆变器,并深入研究了该逆变器的电路拓扑、控制策略、稳态原理特性和储能电容的参数设计等关键技术.该电路拓扑是由开关电容网络、"T"型逆变桥和输出滤波器级联构成;该控制策略采用带输入电压前馈的输出电压瞬时值反馈单载波SPWM控制,通过控制开关电容网络中的功率开关STi和逆变桥调制度分别实现母线电压的抬升和输出电压的稳定;分析了该逆变器的低频工作状态,并推导出了逆变器的外特性曲线.设计并研制的500 VA 115 VDC/220 V50 Hz AC级联型七电平逆变器实验样机具有功率器件开关损耗小、变换效率高、输出电平数易于扩展等优点,证实了所提出电路拓扑和控制策略的可行性与有效性.     

新型混合级联多电平逆变器拓扑及调制策略

为解决现有非对称级联多电平逆变器存在低压单元电流倒灌和输出电平数少的问题,提出一种基于开关电容电路的混合级联多电平逆变器。首先,在两单元非对称级联H桥型逆变器的低压单元中嵌入一个开关电容电路,有效避免了低压单元电流倒灌,且输出电平数得以增加。然后,为减少所提方案应用于三相系统时所需直流电源的数量,提出了用三电平中点箝位型或T型逆变器电路作为高压单元的三相混合级联多电平逆变器拓扑。之后,针对所提逆变器拓扑的特性,提出了含有移相载波和层叠载波的混合调制策略,在满足逆变器输出高质量正弦脉宽调制电压波形的同时,有效减小了开关电容电压纹波和开关器件的切换频率及开关应力。最后,通过实验验证了所提混合级联多电平逆变器拓扑及调制策略的可行性。     

一种改进型PWM调制策略逆变器的研究与应用

针对带独立直流源的级联型多电平逆变器各逆变单元间应力分配不均衡的问题，提出了一种新的调制方法。通过控制各逆变单元开关的导通顺序和导通时间来改善各逆变单元间应力分配不均衡，从而使整个逆变器工作得更稳定。本文所提出的调制策略对于级联型逆变器的控制方法的设计是新的尝试，用9电平的级联型逆变器的拓扑结构作为例子阐述上述控制策略的思想．对于N电平的级联型逆变器，提出了用分组循环思想来解决传统的循环控制策略过于复杂而难于实现的问题，并通过仿真试验来验证所提出的控制策略。     

基于功率开关-二极管基本单元多电平逆变器及其功率均衡调制策略研究

针对级联H桥型多电平逆变器开关器件随逆变器输出电平数增加显著增多的问题,提出一种以功率开关器件-二极管为基本单元的新型多电平逆变器。该逆变器仅使用较少开关器件即可实现高质量电平输出,且该拓扑开关损耗低、效率高,不仅易于扩展还能有效避免级联单元间电流倒灌等问题。针对传统正负反向层叠载波调制策略调制下逆变器存在级联单元间输出功率不均衡的问题,在传统调制策略基础上推导分析区域功率,提出了一种基于部分载波循环的功率均衡调制策略,并验证了载波循环规律的普适性,所提调制策略能在保持输出电压波形质量不变的情况下,载波仅变换2(n-1)次即可在nT_o/2内实现级联单元输出功率均衡以及开关损耗平均分配,并提高电源利用率。最后搭建两单元七电平逆变器实验平台对所提调制策略进行了实验验证。     

级联型多电平逆变器线电压谐波优化的SVPWM策略

级联型多电平逆变器采用载波移相控制可以自然实现各H桥单元功率均衡,开关管开关次数保持一致,而采用同相层叠控制可得到谐波含量更小的线电压,但各H桥单元功率不均衡,开关次数也不一致。本文提出一种结合同相层叠控制和载波移相控制二者优点且实现简单的空间矢量调制策略。通过对电压矢量进行重新组合划分,可以将多电平空间矢量控制算法简化为多个两电平空间矢量的移相叠加。对载波进行重构,可以实现输出线电压谐波更小,同时各H桥单元功率自然实现均衡,开关管开关次数达到一致。搭建了一台三相4.5kW的级联型五电平逆变器,对所提出的SVPWM策略进行了实验验证,实验结果表明所提出的空间矢量调制策略的有效性。     

改进型PWM调制多电平逆变器研究

针对带独立直流源的级联型多电平逆变器各逆变单元间应力分配不均衡提出了一种新的调制方法.通过控制各逆变单元开关的导通顺序和导通时间改善各逆变单元间应力分配不均衡,使整个逆变器工作更稳定.对于N电平的级联型逆变器,提出了分组循环思想,解决传统的循环控制策略过于复杂而难于实现的问题.相应的仿真及实验结果验证了所提出的控制策略.     

一种新型的级联型多电平逆变器拓扑

本文介绍了一种新型级联型多电平逆变器拓扑结构,并对其PWM调制算法进行了仿真研究。该拓扑电路与传统的H桥级联型多电平逆变器相比,可以用相对较少的电力电子开关器件实现多电平的输出。该拓扑电路由一系列电平变换单元级联而成,可以减少开关器件的数目及其功率损耗、减小逆变电路的体积、提高逆变效率并具有相对简单的控制系统。最后基于Matlab/Simulink对该拓扑结构的PWM调制方法进行了仿真,仿真结果验证了该拓扑结构的正确性与优越性。     

两单元五开关级联H桥逆变器及其调制策略

大容量中频逆变电源对输出电压波形质量要求较高,且存在开关器件损耗较大的问题。结合两单元级联H桥逆变器和五开关五电平逆变器,得到改进的逆变拓扑,即两单元五开关级联H桥逆变器,并给出了与之对应的改进载波移相正弦脉冲宽度调制策略。改进后的拓扑不仅具备两单元H桥级联逆变器能够实现较高等效开关频率的优点,而且具备五开关五电平逆变器使用开关器件少、输出电压电平数多、总谐波失真小、器件损耗小等优点,因此较适合于大容量中频逆变场合。最后通过Matlab/Simulink平台搭建了两单元五开关级联H桥逆变器的仿真模型,仿真结果验证了理论的正确性。     

级联型逆变器的空间矢量移相调制方法

为简化级联型多电平逆变器空间矢量PWM算法,提出了一种基于单元矢量移相叠加的空间矢量PWM控制方法（Phase Shifting Space Vector Modulation,PSSVM）,采用数字信号处理器（Digital Signal Processor,DSP）和可编程逻辑器件（Complex Programmable Logic Device,CPLD）实现了对三单元级联型七电平逆变器的PSSVM控制,实验结果表明该控制方法可行,而且与传统多电平SVM方法相比,计算简单,易扩展。     

改进型混合频率载波调制策略的研究北大核心

混合级联多电平逆变器具有使用开关器件数量少、电平数量多、谐波性能好等优点,从而受到广泛关注,但其结构上的特点引起的功率环流和不易模块化等问题一直影响实用化。采用混合频率载波调制法的混合7电平逆变器,可以消除功率环流,但是其在进行电压等级扩展时引入了较多低压单元。提出了一种新型结构的高压大功率混合级联多电平逆变器和与之相应的PWM调制方法,该方法基于混合频率载波调制法,可以避免混合调制下的功率环流问题,并且使高压单元的功率实现自然均衡,从而使逆变器模块化变得简单。最后通过仿真对所提出的方法进行了验证。     

混合十三电平逆变器的倍频调制及功率均衡方法

在逆变器输出电平数目相同的情况下,相比传统级联多电平逆变器,直流侧电压比为1:1:1:3的混合十三电平逆变器拓扑能够减少使用的直流电源和开关器件数量。为解决该拓扑级联单元间输出功率不均衡的问题,并实现倍频调制提高等效开关频率,提出一种在高压单元采用阶梯波调制、低压单元采用融合载波移相和载波移幅的混合倍频调制策略和该策略下的功率均衡控制方法,从而实现了全调制度范围内4个单元之间的输出功率均衡以及3个低压H桥单元之间开关损耗的平均分配,同时保证高压单元功率器件工作在基波频率状态,降低损耗,且逆变器输出电压波形具有3倍频特性。最后通过仿真和实验证明了理论分析的正确性及方案的可行性。     

采用波形合成法的级联型多电平逆变器谐波控制

为改善级联型多电平逆变器输出电压波形质量,对通过控制逆变单元开关角实现级联多电平逆变器谐波控制的方法进行了分析研究。针对解方程组法消除特定谐波中高次多变量方程组难于求解的问题,提出了一种波形合成消除特定谐波的方法。利用此方法可通过简单的三角公式递推计算获得实现特定谐波消除的开关角。依据理论计算结果进行的例证演示列出了开关角所有可能的取值情况,说明通过逆变器开关角的选择可同时实现输出电压中特定谐波的消除及基波幅值的调节。仿真与实验结果验证了该方法的可行性。     

一种新型混合级联不对称多电平逆变器

提出一种新型混合级联不对称多电平逆变器,这种多电平逆变器由多个不对称四电平逆变器级联在一起构成,输出电压由其级联单元的输出叠加而成.相对于传统的级联多电平拓扑,在得到相同输出电平的情况下,该拓扑需要较少的开关器件,因此可以简化电路结构.但是该拓扑需要特定的独立直流电源.实验室构建了一台单相混合级联不对称七电平逆变器,并采用消谐波混合不对称调制方法对其进行控制,最后通过仿真和实验进行验证.     

级联五开关H桥多电平逆变器功率均衡控制方法

为了提高逆变器的电压和功率等级,提出了一种级联五开关H桥多电平逆变器拓扑结构的功率均衡控制方法。该方法采用了同相交错层叠锯齿载波移相调制,综合了同相层叠锯齿载波调制良好的消谐特性以及载波移相调制各个单元功率分配均衡的优点,使级联五开关H桥多电平逆变器拓扑结构中各个功率单元不仅可以输出五电平,保持良好的消谐特性,而且可以在一个输出周期内实现功率均衡。以3个功率单元为例,进行了仿真实验。实验结果验证了该拓扑结构及其控制方法的可行性与优越性。     

一种新型不对称型多电平逆变器

传统级联H桥多电平逆变器增加电平数就需增加级联H桥数量,相应地增加了更多的开关器件.为了提高多电平逆变器的电平数以及使用更少的开关器件数,提出一种不对称型多电平逆变器新拓扑结构.该拓扑结构可以用更少的开关器件生成更高的输出电压电平数,降低了电路复杂性和成本.通过Matlab/Simulink搭建15电平不对称型多电平逆变器模型验证该拓扑的正确性,仿真和实验结果证明了新型多电平逆变器能够用更少的开关器件生成更多电平数的较高质量的输出电压.     

五开关五电平逆变器的载波交错SPWM控制方法

传统五电平逆变器所用开关器件较多,而五开关五电平逆变器简化了拓扑结构。分析五开关五电平逆变器的工作机理,给出其基于载波的SPWM控制的思路,进而提出五开关五电平逆变器的载波交错SPWM控制方法与FPGA实现手段。通过载波周期性正、负交错,采用调制波分层、分区的正弦脉宽调制方式,获得五电平输出电压的开关控制信号。仿真结果从理论上证明其开关损耗小,输出电压的谐波特性与H桥级联型一致。实验结果表明其在整个幅值调制比范围内都适用。仿真与实验结果验证了五开关五电平逆变器的载波交错SPWM控制方法的可行性与有效性。     

级联型多电平逆变器的谐波分析及仿真研究

利用数学推导分析了载波移相SPWM技术,对多单元级联型多电平逆变器进行了谐波分析,得到单相N单元级联型多电平逆变器输出电压的傅里叶表达式,同时对各单元间载波移相角相差π/N的控制方法进行了详细的数学分析,最后通过对单相三单元和四单元级联逆变器的仿真研究,得出结论并验证其正确性。     

级联型多电平逆变器的谐波分析及仿真研究

利用数学推导分析了载波移相SPWM技术,对多单元级联型多电平逆变器进行了谐波分析,得到单相N单元级联型多电平逆变器输出电压的傅里叶表达式,同时对各单元间载波移相角相差π/N的控制方法进行了详细的数学分析,最后通过对单相三单元和四单元级联逆变器的仿真研究,得出结论并验证其正确性.     

改进型混合频率载波调制策略的研究

混合级联多电平逆变器具有使用开关器件数量少、电平数量多、谐波性能好等优点,从而受到广泛关注,但其结构上的特点引起的功率环流和不易模块化等问题一直影响实用化。采用混合频率载波调制法的混合7电平逆变器,可以消除功率环流,但是其在进行电压等级扩展时引入了较多低压单元。提出了一种新型结构的高压大功率混合级联多电平逆变器和与之相应的PWM调制方法,该方法基于混合频率载波调制法,可以避免混合调制下的功率环流问题,并且使高压单元的功率实现自然均衡,从而使逆变器模块化变得简单。最后通过仿真对所提出的方法进行了验证。