光伏水泵系统PWM输出滤波方法及影响分析

针对光伏水泵系统的逆变器PWM电压输出导致的共模电压、电流等现象常引起水泵电机故障的问题,在分析了PWM 逆变器驱动电机系统产生共模电压、电流机理的基础上,采用滤波电容公共点接回到光伏母线侧负端的LC滤波器,使共模电压与电流得到抑制。LC滤波器使电机侧的输入状态发生改变,通过分析PWM输出LC滤波方法对感应电机控制系统的影响,对滤除参数的选取进行了优化。并对以上研究进行了实验,结果表明参数选取方法的正确及有效性。     

一种消除PWM逆变器驱动系统中电动机端轴电压和轴承电流的前馈有源滤波器

为抑制由PWM逆变器输出的共模电压而导致电机轴承的损坏，提出了前馈有源滤波器。滤波器包括无源共模电压检测网络，推挽电路以及四绕组共模变压器。滤波器输出与共模电压幅值相同极性相反的补偿电压，将其叠加到逆变器输出上，从而达到消除共模电压进而消除轴电压和轴承电流的目的。文中还给出了部分滤波器参数的确定方法。仿真和实验结果验证了该滤波器可以显著地抑制电机端共模电压，从而减小了变频器输出的负面影响如轴电压，轴承电流等。延长了轴承的寿命，提高了PWM驱动系统的可靠性。     

基于基波磁通补偿的串联混合型APF滤波特性分析

在基于基波磁通补偿的串联混合型有源电力滤波器(APF)中,由脉宽调制逆变器实现了一个受控基波电流源.串联变压器一次侧的系统电源与系统阻抗、无源滤波器和非线性负载共同作用,使串联变压器二次侧端口呈现一个谐波干扰电压,导致逆变器输出电流中含有一定谐波,影响了滤波器的滤波效果.文中以脉宽调制逆变器为核心,建立了滤波器的数学模型,并对其滤波特性进行了分析.提出了改善其滤波效果的3项有效措施,即适当增大逆变器输出滤波电感、合理选择串联变压器原副方变比、采用电压前馈控制技术.设计了一套基于数字控制的10 kVA APF样机,实验结果证明了原理分析的正确性.     

PWM变频器输出共模电压及其抑制技术的研究

PWM逆变器在应用中产生的共模电压将影响系统的可靠运行。文中研究了电压源型PWM变频器产生的共模电压及其负面效应产生机理，揭示了共模电压产生的原因及其抑制方法，并得出共模电压是变频器输出负面效应产生的主要根源的结论，为滤波器的设计提供理论依据。根据共模电压是由一系列高频谐波组成这一特性，提出了一种新颖的逆变器输出前馈有源滤波器结构，可有效地消除了变频器输出共模电压的负面效应，实验验证了这种结构的有效性。     

Comparisons between a hybrid shunt active filter and a pure shunt active filter

This paper deals with the hybrid shunt active filter for harmonic compensation of a three‐phase diode rectifier in a 480‐V adjustable‐speed motor drive system. The hybrid filter is formed by a three‐phase LC filter tuned around the seventh harmonic frequency and a small‐rated three‐phase voltage‐source PWM inverter. The LC filter and PWM inverter are directly connected in series. As a result, the DC capacitor voltage of the PWM inverter in the hybrid filter is much lower than that of a conventional pure shunt active filter. This results in higher efficiency, less switching ripple, and less EMI emission. Computer simulation is carried out to compare the hybrid filter with the pure filter in terms of circuit configuration and filtering performance. Simulation results indicate that the hybrid filter is superior in effectiveness and viability to the pure filter. In addition, theoretical analysis based on vector loci confirms the validity of the simulation results. © 2005 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 153(2): 61–70, 2005; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20145     

一种消除PWM逆变器输出共模电压的前馈有源滤波器

提出了一种消除PWM逆变器输出共模电压的前馈有源滤波器，包括无源共模电压检测网络，推挽电路以及四绕组共模变压器。滤波器输出与共模电压幅值相同极性相反的补偿电压，将其叠加到逆变器输出上，从而达到消除共模电压的目的。给出了部分滤波器参数的确定方法。结果表明，该滤波器可以显著地抑制电机端共模电压，从而减小了变频器输出的负面影响。     

一种低共模电磁干扰SVPWM法的研究

为了消除传统的空间矢量脉宽调制(SVPWM)在变频器输出端产生较大的输出端共模电压突变,提出了新型SVPWM控制方式——三矢量合成SVPWM。在介绍了该控制方式的原理即:每个桥臂换流时,总有另一桥臂同时发生换流且换流方向与之相反,此时第三桥臂则不发生换流,总的共模电压不会发生跳变后,分析了由于死区时间及驱动信号传输延时不一致等非理想因素对该方法实际效果的影响。分析和实验表明,该SVPWM合成方式可有效抑制共模EMI,在实际应用中需采取死区补偿和驱动脉冲前沿的精细调整达到最佳效果。该方法的最大直流电压利用率仅0.67,对此可采用六矢量合成法进行改进。     

变频器驱动系统滤波器设计研究

由于PWM逆变器输出的脉冲电压在电机接线端子及绕组上产生了差模电压和共模电压;特别是当逆变器通过长线电缆与电机连接时,会在电机端产生电压反射现象,从而在电机端形成很大的过电压,危害电气设备的安全运行。通过对PWM逆变器驱动电机系统产生差模和共模电压机理分析的研究,在变频器输出端抑制电机端差模电压的RLC滤波器的基础上,提出一种改进型变频器输出端无源滤波器的方案,并给出了参数的设计方法。该滤波器可对共模及差模电压同时起到抑制作用,仿真结果验证了该滤波器设计方案的有效性,为变频器驱动系统滤波器设计研究提供理论依据。     

LC耦合式级联STATCOM及其控制策略

不同于常规电感滤波式的静止同步补偿器(STATCOM),LC耦合式级联STATCOM(LC-STATCOM)输出滤波器采用电感和电容串联结构,在容性无功补偿、运行效率等方面更具优势。分析了LC-STATCOM的工作原理和运行性能,并建立离散状态方程。针对LC串联存在谐振的问题,提出了适用于LC-STATCOM的状态反馈控制,可以有效地增大谐振阻尼,改善系统基频增益,提高电流控制性能;基于所推导的离散状态方程,构建了输出电容电压状态观测器,利用电压观测值进行状态反馈可以省去电容电压传感器,降低成本。     

并联混合型有源电力滤波器稳定性及控制方法

分析了由并联型有源电力滤波器(parallel active power filter,PAPF)和并联电容器组成的混合补偿系统的系统稳定性。分析表明采用传统的PAPF控制方式时,当PAPF检测的负载电流中不包含并联电容器的电流时,混合补偿系统稳定,并且有理想的谐波补偿效果;当PAPF检测的负载电流中包含并联电容器的电流时,此时混合系统存在稳定性和谐波抑制效果之间的矛盾。实际系统中检测的负载电流中包含并联电容器电流的情况有时是不可避免的,针对这种情况提出一种同时检测负载电流和电源电压来控制PAPF输出电流的控制方案,该控制方案可以使系统变稳定,并且具有理想的谐波补偿效果。最后给出了仿真和实验验证结果。     

Active cancellation of the common-mode voltage produced by a voltage-source PWM inverter

This paper proposes an “active common-mode noise canceler” that is capable of eliminating the common-mode voltage produced by a voltage source PWM (pulsewidth modulated) inverter. It generates a compensating voltage which has the same amplitude as, but the opposite phase to, the common-mode voltage produced by the PWM inverter. The compensating voltage is superimposed on the inverter output by a common-mode transformer. As a result, the common-mode voltage applied to the load is canceled completely. The design method of the active common-mode noise canceler is also presented in detail. A prototype has been constructed and tested to verify the effectiveness for an induction motor drive system of 3.7 kW using an IGBT (insulated gate bipolar transistor) inverter. Some experimental results show that the proposed active common-mode noise canceler makes a significant contribution to eliminating the common-mode current or the ground current, and it prevents an electric shock from being received by anyone handling it.     

PWM逆变器输出端共模与差模电压 dv/dt滤波器设计

PWM逆变器直接驱动电机时会产生较高dv/dt的共模电压,并由此产生轴承电流和共模漏电流以及严重的电磁干扰(EMI).特别是当逆变器通过长线电缆与电机连接时,由于电缆中分布参数的影响,会在电机端产生电压反射现象,从而在电机端会产生2倍以上的过电压,导致线圈绝缘失败.本文通过对PWM逆变器驱动电机系统产生的共模以及差模电压分析,提出了一种改进型的逆变器端无源滤波器,并给出了参数的设计方法.与传统的滤波器相比,该滤波器可对共模及差模电压dv/dt同时起到抑制作用,从而减小了由此产生的负面效应.实验结果验证了该滤波器的有效性.     

非隔离型三电平并网逆变器的输出滤波器优化设计

将非隔离型三电平并网逆变器的LCL滤波器电容公共点直接引回直流侧中点,可以有效减小漏电流,但同时也会导致桥臂电流有效值增大且易发生共模谐振,降低了逆变器效率和稳定性。对于诸如光伏并网发电场合,建立了非隔离型三电平并网逆变器的共模和差模等效模型,在此基础上分析上述问题的产生机理,并提出一种基于共模差模解耦的输出滤波器设计方案。该方案首先在结构上将滤波电容分为并联的两部分,仅将其中容值较小的电容公共点引回直流侧中点以降低共模和差模滤波回路之间的参数耦合程度;其次在分析逆变器桥臂电流纹波和输出共模源频谱分布的基础上,给出所提滤波器的参数设计原则。最后,通过一台5kW三相三电平逆变器样机对所提滤波器优化设计方案进行实验验证,结果表明所提方案在满足并网标准和漏电流抑制要求的同时,能够有效提高系统稳定性和效率。     

Optimal common-mode Voltage reduction PWM technique for inverter control with consideration of the dead-time effects-part I: basic development

The objective of this paper is to investigate the optimal common-mode voltage reduction pulsewidth modulation (PWM) technique when dead-time effect is taken into account. The effect of dead time on common-mode voltage for inverter control and the associated solution are discussed. Based upon these results, an optimal common-mode voltage reduction PWM technique, which requires no extra voltage/current sensors and compensation mechanism while not being affected by the dead time, is recommended. The common-mode voltage can be reduced to one-third for the inverter with diode front end, which is widely used in industry. Intensive measured results are presented to fully support the claims.     

有源电力滤波器与直流偏磁式静止无功补偿器综合补偿系统的研究

针对供、配电站需要对谐波和无功进行综合治理,提出一种新型的有源电力滤波器与直流偏磁式静止无功补偿器构成的综合补偿系统。该系统中有源滤波器与无源滤波器构成新型的混合滤波器,能够同时补偿谐波电流并提供容性基波无功电流,而直流偏磁式静止无功补偿器采用新型的PWM整流器产生控制直流,可快速地提供感性无功电流。该系统采用新颖的拓扑结构,功率器件工作于低压侧,有效地降低有源滤波器和无功补偿器中功率器件的容量。文中介绍了该系统的结构和补偿原理,采用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC进行的仿真表明该综合补偿系统能同时补偿谐波与无功电流,并能抑制可能产生的谐振现象,具有较好的补偿效果。     

新型PWM逆变器输出无源滤波器的研究

研究了变频器在长线传输时产生的过电压问题，理论分析表明，电动机端过电压与PWM变频器采用的开关器件上升时间和PWM变频器与电动机之间的电缆长度密切相关：上升时间越短，电缆长度越长，电压反射现象越显著，过电压也越高。为消除PWM变频器长线传输时在电动机端产生的过电压等负面效应，提出了一种逆变器输出无源滤波器。实验研究验证了该滤波器能够将变频器输出的PWM电压滤成近似正弦波，从而有效地抑制电动机端的过电压。这种滤波器还可以有效降低共模电压。文中分析了这种滤波器的共模结构及其可以降低共模电压的原因，实验验证了设计思想的正确性。同一种结构的滤波器能够同时消除差模dv／dt和共模电压，减小了滤波器的体积和成本，结构简单，是一种消除逆变器输出负面效应的有效手段。     

用于车载充电机的谐振变换器及其控制策略研究

对于车载充电机应用,传统频率控制的LLC谐振变换器难以实现宽电压范围,也不利于车载充电机的优化设计。为了解决这些问题,基于一种具有混合整流器的谐振变换器,对其控制策略进行研究以实现宽输出电压。在这种结构中,转换器的副边侧整流二极管与输出滤波电容间的两个辅助开关管反接串联,将整流电路构成全桥-半桥的混合整流器。然后,提出了一种窄频率范围的频率控制和一种定频PWM控制,使得谐振变换器可以实现宽电压范围。与传统频率控制的谐振变换器相比,该转换器有如下优点：宽电压范围、低环流损耗、缩小了频率调节范围。最后,MATLAB/Simulink仿真和实验结果验证了该转换器和控制策略的有效性、可行性。     

并联型有源电力滤波器电源电流控制方法研究

有源电力滤波器(active power filter,APF)是一种动态抑制谐波和无功的电力电子装置,以并联型有源电力滤波器为研究对象,从APF补偿电流的控制和直流侧电容电压角度出发,分析了电源电流控制方式,实现补偿电流的检测及双闭环反馈控制,提高系统的补偿精确度和动态响应性能。另外,直流侧电压的指令值都是根据电网电压的工作范围、APF的直流侧电容、额定输出电流、PWM逆变器输出侧电感、电流电压调节器以及调制策略等参数设计的,在考虑直流侧电压与APF功率损耗和补偿性能关系的基础上,提出了采用下垂调节器设计逆变器直流侧电压的控制参考值,使其兼顾APF的功率损耗及补偿性能综合平衡的优点。仿真结果验证了该APF控制系统的正确性和有效性。     

基于中性点电容的三相光伏逆变器漏电流抑制

针对三相非隔离光伏发电并网系统的漏电流问题,提出了一种基于中性点电容的三相三电平逆变器漏电流抑制方法。建立三相三电平光伏逆变器共模模型,分析了漏电流的产生机理和抑制机理。为了抑制寄生电容上共模电压产生的漏电流,用电容将交流侧中性点和直流侧中性点连接起来,形成漏电流的共模LC滤波电路。该滤波电路可有效滤除共模电压的高频分量,且对差模回路不产生影响。最后通过仿真和实验,验证了所提方法的有效性。     

一种新型的PWM变换器LCL滤波器有源阻尼控制策略

本文提出了一种新型的PWM变换器LCL滤波器有源阻尼控制方法。针对LCL滤波器的谐振问题,传统的方法是在滤波电容上串联电阻来抑制谐振,但这种方法会带来功率损耗。通过有源阻尼控制,可以有效地抑制LCL可能带来的谐振。在有源阻尼方法基础上提出了滤波电容电流反馈的设计方法,同时结合滤波电容电流估算的方法,实现了无附加电流传感器的LCL滤波器的有源阻尼控制。这种方法可以有效地抑制系统谐振,改善变换器输出电流波形,同时不需要增加额外的传感器。实验结果验证了这种方法的有效性和实用性。