基于矢量分解的多电平逆变器简化SVPWM算法

为进一步提升多电平逆变器空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation,SVPWM)算法的计算效率,并增强其拓展性,提出了一种基于矢量分解的简化算法.介绍了一种基于虚拟作用时间的两电平SVPWM算法,不需经过区域判断即可实现基本电压矢量作用时间的统一计算,从而减少算法计算量;通过将参考矢量分解为多电平基本矢量和两电平参考矢量,将多电平空间中电压矢量的合成转化到两电平空间下进行,从而简化多电平SVPWM算法的实现.采用该算法生成多电平基本矢量作用序列及计算其作用时间的复杂度与电平数无关,扩展性较强,便于将其应用于多电平逆变器中.通过三相五电平NPC/H桥逆变器的PSCAD仿真及三电平逆变器的样机实验证明了所提方法的有效性.     

面积等效原理的新型多电平变换器控制算法

提出一种新型的面积等效多电平控制算法,并应用到级联五电平和七电平变换器中,使输出波形最大程度等效于正弦波,并具有较小的总谐波畸变率.通过数学分析和实验仿真结果可以看出.该控制技术是可行的,与指定消谐波(SHEPWM)策略比较的结果证明了该控制技术是行之有效的,并可以用于其他级联多电平变换器中.     

单相MPUC多电平逆变器载波层叠随机PWM方法

MPUC (Modified Packed U-Cells, MPUC) 多电平逆变器具有结构简单和成本低廉等优点。提出一种单相五电平MPUC逆变器载波层叠随机PWM方法。该方法首先利用遗传算法实现三角载波频率随机化,并通过载波层叠方式产生逆变器的随机化驱动信号,从而实现单相MPUC逆变器的随机PWM控制,降低功率谱密度图中的尖峰值。该方法同样适用于其它电平数的MPUC多电平逆变器,仿真结果证明了该方法的有效性。     

模块化多电平逆变器的仿真分析

介绍模块化多电平逆变器的拓扑结构和工作原理,根据模块化多电平逆变器的特性及在高压大功率场合中的应用,采用基于排序法的电容均压控制算法与最近电平逼近调制策略相结合以实现电容电压的平衡和系统的稳定。采用上述的控制策略在 MATLAB‐Simulink仿真平台下搭建7电平的逆变器仿真模型,通过对子模块电容电压波动分析及逆变器输出电压电流谐波畸变率分析,结果表明最近电平逼近调制策略下换流器输出的波形质量高,谐波含量少,子模块电容电压波动小,验证了所采用的均压控制策略和最近电平逼近调制策略的合理性和有效性。     

多电平双移30°永磁同步电机的矢量控制系统

为了进一步提高调速系统的容量,降低输出谐波和转矩脉动,将多电平逆变器与多相电机相结合,给出了五级十一电平级联型多电平逆变器驱动双移30°永磁同步电机的六相调速系统拓扑结构,分析了电压空间矢量在各正交空间的分布,研究了基于双级联型逆变器的四矢量空间矢量脉宽调制（SVPWM）算法。基于Matlab的仿真将级联型多电平逆变器驱动的双移30°永磁同步电机矢量控制系统与两电平逆变器驱动的双移30°永磁同步电机矢量控制系统进行比较,前者的转矩、稳态电流等性能均优于后者,其稳态电流总谐波畸变率仅为2.68%。基于 DSP的实验表明级联型多电平逆变器输出波形接近正弦波,转矩脉动较小,稳态电流谐波含量低,达到了预期的控制效果,从而验证了本文所提方法的可行性。     

单元串联变频器IGBT故障诊断方法

针对单元串联多电平高压变频器的IGBT(绝缘栅双极型晶体管)故障检测问题,基于镜像电流源原理,搭建通过功率单元直流母线电压控制的逆变桥臂输出电压逻辑检测电路,并给出功率单元输出逻辑与驱动信号逻辑的关系,通过动态判别逻辑关系的正确性,诊断出IGBT的故障状态。实验结果表明,该方法诊断迅速,能够在10μs以内正确检测出功率管的故障状态,相比基于各种算法的故障诊断方法,该方法可靠实用,对单元串联型多电平高压变频器的故障诊断具有工程应用价值。     

多电平逆变器SVPWM算法研究与实现

分析了多电平逆变器SVPWM的简单算法,该算法易于确定参考矢量的位置及其作用时间,结合相应的开关序列产生逆变器的开关信号。以中点箝位式三电平逆变器为例,介绍了算法的实现,其不仅易于扩展到n电平逆变器中,也适用于级联型逆变器。给出了三电平逆变器的实验结果。     

多电平逆变器通用组合拓扑结构及调制策略的研究

以多单元串联型逆变器拓扑结构为基础,提出了一种多电平逆变器通用组合拓扑结构的构成原则,对多电平逆变器拓扑结构的研究进行了统一.根据该通用拓扑结构所提供的自由度,构造出了几种新型的组合拓扑结构.同时,基于传统的应用于多电平逆变器的多载波SPWM调制策略,提出了对应于组合拓扑结构的组合调制策略.仿真结果验证了组合拓扑结构及组合调制策略的有效性,为多电平逆变器组合拓扑结构的实际应用奠定了基础.     

五电平双降压式全桥逆变器

该逆变器是在两电平双降压半桥逆变器基础上改进得到的,它保留了双Buck逆变器无桥臂直通、无体二极管反向恢复问题的优点和半周期工作模式,是一种和传统的飞跨电容型、二极管钳位型或级联型都不相同的多电平逆变器.同传统多电平逆变器相比,电路复杂性和器件数量降低,控制简单易实现,无桥臂直通隐患.理论分析和实验结果均表明了该逆变器的优异性能,同时实现了高效率和小的滤波器体积重量.     

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。     

五电平双降压式半桥逆变器

以双Buck电路为基本单元构建多电平逆变器,提出新颖的五电平双降压式半桥逆变器。该拓扑结构不同于传统飞跨电容型、二极管箝位型或级联型多电平逆变器,它保留了双Buck逆变器无桥臂直通、无体二极管反向恢复问题的优点和电流半周期工作模式。与传统桥式多电平逆变器相比,钳位电路得到简化,电路复杂度降低,无桥臂直通隐患,系统稳定性提高。理论分析、仿真和实验结果均表明该逆变器性能优异,同时实现了高效率和小的滤波器体积重量。     

基于深度神经网络的多电平逆变器故障诊断

为解决多电平逆变器的故障诊断问题,文中提出了一种基于深度神经网络的多电平级联H桥逆变器的故障诊断方法。首先,介绍了多电平级联H桥逆变器的故障模型;然后,采用基于堆栈自编码器的深度神经网络直接从故障原始数据中进行故障特征提取;最后,运用SOFTMAX分类器对故障特征数据进行分类从而实现多电平逆变器的故障检测与诊断。基于MATLAB/Simulink对本文提出的方法进行了仿真实验,该方法与传统的智能诊断算法相比具有更高的准确率和更好的鲁棒性。     

A multilevel inverter based on cascade connection of submultilevel units with reduced switch count

In this paper, a multilevel inverter based on cascade connection of new submultilevel inverters is presented. The suggested submultilevel inverter is constructed using series connection of basic switching units. The proposed multilevel inverter uses fewer power switches in comparison with some similar topologies which results in reduction of switch gate drivers and also converter size and cost. The proposed multilevel inverter can be implemented in both symmetric and asymmetric configurations. The multilevel inverter configuration and operation principle are described in detail, and then, design methods of symmetric and asymmetric configurations are given. Determination of the optimal number of basic units and cascaded submultilevel inverters regarding criteria such as number of switches and total blocking voltage (TBV) of switches is studied. Power losses of the proposed multilevel inverter are calculated, and then, its symmetric and asymmetric configurations are compared with each other and also with similar cascaded multilevel inverters in various items. The validity of the suggested cascaded multilevel inverter is verified using both computer simulations and laboratory prototype implementation.     

一种限制零序电压的快速SVPWM算法研究

由于空间矢量调制(SVPWM)算法的计算复杂,很难用于多电平逆变器中。在此,引入零序电压约束条件,以获得一种快速SVPWM算法,并在基于ARM的嵌入式平台上得以实现。仿真和实验表明,该算法不但能限制中点电压,而且易于实现,并能够满足实时计算的要求。     

基于灰色模型的多电平逆变器的预测控制

建立多电平逆变器闭环控制的非线性动态行为模型,使用灰色系统理论的灰色模型GM(1,1)建模方法,对多电平逆变器输出信号测量值在线新陈代谢灰色滤波及单步预测,与逆变器的输入给定信号综合得到控制误差,实现多电平逆变器的PID预测控制。仿真与实验结果表明,基于灰色系统模型的多电平逆变器预测控制具有算法容易实现,鲁棒性好等特点,提高了系统的控制品质。     

Research on Modulation Strategies Based on Multilevel Inverter Universal Hybrid Topology

Based on multi-module-cascaded inverter topology, this study presented a universal multilevel inverter hybrid topology and unified the researches on multilevel inverter topology. According to the freedom of this universal topology, several new hybrid topologies were constructed. Also, based on conventional modulation strategies-- multi-carrier SPWM (Sinusoidal Pulse Width Modulation), hybrid modulation strategies were introduced corresponding to hybrid topologies, and a multilevel SVPWM (Space Vector Pulse Width Modulation) technique based on phase-shifted theory was naturally produced. Simulation and experiment results prove that hybrid topologies and corresponding modulation strategies are valid, which lay a foundation for practical application of hybrid multilevel inverter topologies.     

遗传算法应用于多电平最优化阶梯波技术

最优化阶梯波是多电平逆变器常用的控制策略,其核心就是求解一组非线性方程组,但因不能得到解析解,而用迭代法获得数值解的难度仍然很大,故提出了应用遗传算法来进行求解的思想,通过评价函数来最小化主要的低次谐波,然后编写了相应的MATLAB程序,求解了在评价函数<0.5%的解的轨迹。最后的仿真和实验也证明了该方法的实用性。     

二极管钳位型双Buck三电平逆变器输入均压解耦控制

输入电容均压是多电平逆变器的关键问题,多电平调制与输入均压耦合,造成多电平变换器电路结构与控制繁杂、调节速度慢。利用双Buck电路包括2个Buck桥臂、并按电流半周期工作的特点,提出一种二极管钳位双Buck多电平结构,在任一时刻,由其中一个Buck桥臂实现逆变,而另一个Buck桥臂工作于逆向Boost状态,对输入分压电容充电,逆变控制与钳位电压均衡控制可完全解耦。在电平数较多的情形下,该方法有助于减少器件数量,降低系统复杂度,提高可靠性。对三电平情形进行了仿真与实验验证。     

An overheating‐tolerant space vector modulation algorithm for multilevel inverters

As promising and suitable candidates for high‐power applications, multilevel inverters have become one of the most promising solutions in various applications. However, power switching devices are highly subjected to thermal overheating, which leads to shortened lifetime and reduced reliability. Thermal overheating may result from the degradation of power switching devices due to continuous overloading and power cycling. In addition, degradation and faults in the cooling system of power switching devices may cause thermal stresses as well. A new overheating‐tolerant space vector modulation algorithm is proposed in this paper to alleviate thermal stresses from overheated power switching device. The proposed algorithm relies on using the redundancy property between switching states in multilevel inverters to continuously evaluate a cost function of the junction temperature of the overheated device for all possible switching sequence sets and then selects the optimal switching sequence. In addition, the proposed algorithm preserves the DC‐link capacitor voltage without reduction in the output current of the inverter. The proposed algorithm is general, which can be applied to n‐level inverters. Both simulation and experimental results reveal the efficient performance of the proposed algorithm using a three‐level T‐type inverter as a case study. Accordingly, the lifetime and reliability of the inverter are enhanced considerably using the proposed algorithm. © 2016 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

多电平逆变器特定谐波消除脉宽调制方法的仿真研究

研究了多电平SHEPWM技术，针对1/4周期对称的多电平PWM波或阶梯波形，给出了根据波形直接确定傅立叶系数和多电平SHEPWM非线性方程组的方法；采用三角载波SPWM方法确定非线性方程组的初值，保证和加速了非线性方程组迭代过程的收敛；以五电平为例，对多电平逆变器的SHEPWM方法，用POWERSIM专用仿真软件进行了仿真研究，结果证明：多电平SHEPWM非线性方程组形式和求解过程简单，易于收敛；根据非线性方程组求得的最终波形不受参考波形限制，能够根据调制比的变化而自动调整；当调制比小于一定值时，线电压所包含的电平数也会有所下降，以满足调制比变化和谐波消除的要求；直流母线电压利用率高；谐波消除效果非常理想，输出波形质量高，是多电平变换器的一种非常有效的控制策略。