三电平Z源逆变器SPWM调制策略的研究

Z源逆变器因能够实现上下桥臂直通,避免死区引入,能有效提高逆变系统安全性,减小输出的谐波含量而成为逆变器研究的热点。在传统三电平逆变器的前端引入Z源网络,构成Z源三电平逆变器。以单Z源三电平逆变器的工作原理为基础,参考传统三电平的SPWM调制策略,应用Z源逆变器简单升压控制原理,分别研究了改进载波同相层叠和改进载波反相层叠两种正弦调制方法,并通过相应的仿真实验验证了两种调制策略的有效性。     

开关电感Z源三电平中点钳位逆变器的研究

Z源三电平中点钳位逆变器有效地结合了Z源网络的开关电感特性和三电平逆变器的特点,但升压能力有限。针对这一问题,文章提出了开关电感Z源三电平中点钳位逆变器。新逆变器通过改进电路拓扑获得了更强的升压能力,能显著提高系统的输出电压。文章采用改进载波同相层叠调制法控制开关管的工作,该方法简单、可靠、易于实现。仿真结果验证了新拓扑的可行性及有效性。     

NPC五电平Z源逆变器的设计研究

传统NPC五电平逆变器不具有单级升压的功能,直流电压利用率低,不允许上下桥臂直通,需引入死区时间,造成逆变系统安全性下降。Z源逆变器(ZSI)利用特殊的X型LC网络实现单级升压功能,同时允许桥臂直通,提高逆变器的可靠性。为此提出一种双Z源NPC五电平逆变器拓扑,分析其直通工作状态,并说明了此拓扑结构的合理性。基于传统NPC五电平逆变器的同相载波层叠PWM调制原理,设计了一种适用于五电平ZSI的同相载波层叠PWM调制法。仿真分析验证了此调制方法的合理性及NPC五电平Z源逆变器在提高直流电压利用率方面的优势。     

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。     

级联H桥逆变器的新型PD优化调制策略

针对传统载波同相层叠(PD)调制策略应用于级联H桥逆变器时存在的功率不均衡问题,提出一种新型PD优化调制策略。在此首先基于载波自由度控制原理,对三角载波进行拆分与重构,实现PD调制策略的一次优化;然后基于调制波自由度减少载波数量,实现调制策略的二次优化。在新型PD优化调制策略下,各级联单元输出功率在一个新载波周期内达到均衡,输出电压谐波特性与采用传统PD调制策略时完全一致,调制复杂度得到简化。最后以三单元级联H桥逆变器为例,通过仿真和实验验证理论分析的正确性与调制策略可行性。     

一种适用于飞跨电容型多电平逆变器的新型载波同相层叠PWM方法

传统载波层叠PWM方法不能平衡飞跨电容电压,因此不能直接应用于飞跨电容型多电平逆变器。对传统载波同相层叠PWM方法进行改进,增加了零电平选择环节,根据设定值,合理分配零电平向量,从而在设定周期内,平衡飞跨电容电压。该方法随着调制度的不同,载波波形会发生变化,和传统载波移相PWM方法相比,线电压谐波性能也得到了很大提高,尤其是在中等调制度下,效果显著。采用该方法对飞跨电容型三电平逆变器进行了仿真验证,结果证明了该方法的正确性与可行性。     

三电平H桥级联型逆变器

级联型多电平变频器输出电压谐波含量小,易于实现模块化,适用于高压大功率场合.本文主要针对三电平H桥级联型逆变器的拓扑结构和控制方式的相关问题进行分析与研究.级联个数不同,对控制方法也有不同的要求.提出了基于载波层叠调制和载波移相调制的混合载波调制方法,三电平桥臂内采用反相层叠载波调制,级联单元间及桥臂间均采用载波移相调...     

一种基于新型载波同相层叠PWM方法的飞跨电容型 光伏发电并网技术

针对飞跨电容型三电平光伏逆变器载波移相算法线电压谐波较高,无法灵活控制飞跨电容电压等问题,提出一种基于新型载波同相层叠PWM方法的飞跨电容型光伏发电并网方案。通过增加零电平向量分配环节,平衡飞跨电容电压,降低光伏逆变器线电压谐波。阐述了新型载波同相层叠算法基本原理,分析了该方案降低光伏逆变器线电压THD的优点。通过Matlab/Simulink数字仿真和实验样机,验证了基于新型载波同相层叠方法的飞跨电容型光伏发电并网系统能够有效跟踪最大输出功率,保证直流电压稳定,降低光伏系统输出线电压谐波。     

一种基于新型载波同相层叠PWM方法的飞跨电容型光伏发电并网技术

针对飞跨电容型三电平光伏逆变器载波移相算法线电压谐波较高,无法灵活控制飞跨电容电压等问题,提出一种基于新型载波同相层叠PWM方法的飞跨电容型光伏发电并网方案。通过增加零电平向量分配环节,平衡飞跨电容电压,降低光伏逆变器线电压谐波。阐述了新型载波同相层叠算法基本原理,分析了该方案降低光伏逆变器线电压THD的优点。通过Matlab/Simulink数字仿真和实验样机,验证了基于新型载波同相层叠方法的飞跨电容型光伏发电并网系统能够有效跟踪最大输出功率,保证直流电压稳定,降低光伏系统输出线电压谐波。     

H桥多电平逆变器的混合载波交叠式PWM控制

为了增大逆变器的功率等级,改善输出电压的波形质量,提出了一种级联H桥多电平逆变器拓扑和与其相对应的PWM载波调制控制策略。该方法是根据传统混合频率载波调制策略,采用了同相的交叠式三角载波调制,结合了同相层叠式载波调制较好的消谐特点以及使高低压单元功率自然平衡的特点,使级联H桥多电平逆变器拓扑结构不仅可以输出多电平,还能解决混合调制下的功率环流现象,而且逆变器模块化比较简单,可以使逆变器在输出周期内功率达到自然平衡。以2个高低压单元为例,进行了仿真实验。实验结果验证了该逆变器结构和控制策略的可行性。     

单相三电平逆变器移相控制技术研究

为了对单相三电平逆变器的输出电压进行调节,在多载波层叠调制策略的基础上,引入调制波移相控制技术,即逆变器两个桥臂采用相同的载波,而两个调制波则具有一定的相位差。同时针对移相调压过程中出现的输出线电压电平变化问题,进行了详细的理论分析和公式推导,得出了输出线电压电平变化的临界相位差。最后给出了实验结果,验证了理论分析的正确性和可行性。     

发电系统中Z源逆变器调制方式研究

Z源逆变器因其独特的拓扑结构可实现直流侧升压,在发电系统中得到了广泛的关注与研究。Z源逆变器工作时具有特有的直通工作状态,因而对其调制方式提出了较高的要求。详细分析了Z源逆变器的工作原理,在此基础上对Z源逆变器常用的简单升压比调制(Simple Boost Control)、最大升压比调制(Maximum Boost Control)、最大恒升压比调制(Maximum Constant Boost Control)3种调制方法进行了研究。详细比较了3种方法的优劣,推导了不同调制方式下电压应力与调制比的关系,并阐述了不同调制方式的应用环境,最后在仿真实验中对上述结论进行了详细的验证。     

改进型抽头电感准Z源逆变器

以分布式电源并网发电为背景,以提高逆变器的升压能力、探索新的逆变器拓扑结构为目的,提出一种改进型抽头电感准Z源逆变器。采用在准Z源逆变器中引入抽头电感的方法,得到了一种新的逆变器拓扑,与抽头电感准Z源逆变器相比,此改进型拓扑具有对称抽头电感结构。介绍了改进型抽头电感准Z源逆变器的工作原理,分析了升压能力。将所提逆变器与传统Z源逆变器作比较,结果表明所提出的逆变器具有较高的升压能力,可以利用抽头的位置来调节升压比,具有良好的对称性,减少器件的电压应力,增强了系统的可靠性。设计并观察实验,实验结果验证了此逆变器的性能。表明此逆变器具有良好的性能,在一定程度上能够满足分布式电源并网发电对逆变器的要求。     

Trans-Z源逆变器的设计与研究

为了克服传统电压型Z源逆变器控制中升压能力差、波形质量差等缺陷问题,提出了一种Trans-Z-S逆变器电路。研究了电路拓扑结构及升压原理,采用改进型SPWM调制策略(分别用不同的调制波调制开关管)控制改变输出电压,给出了MATLAB/Simulink下仿真结果,并搭建了基于Trans-Z-S网络的小功率单相逆变器的实验样机进行实验,仿真与实验结果验证了调制策略在Trans-Z-S逆变器的可行性。     

Z源级联三电平中点钳位逆变器

将Z源网络级联,并采用交替反相电压偏移(alternativephase opposition disposition,APOD)的方法对逆变器进行控制。在matlab/sinmulink下,建立Z源级联三电平逆变器的APOD调制模型,仿真结果显示新型拓扑升压因子有明显提高。为进一步验证新拓扑的有效性,进行了Z源级联逆变器的试验研究,试验结果证实新拓扑能够提高升压因子,扩大Z源逆变器的电压调节范围。     

A novel modulation technique with interleaved‐and‐shifted shoot‐through state placement for quasi‐Z‐source inverters

In this paper, a single‐phase quasi‐Z‐source (qZS) inverter (qZSI), integrating the pulse width modulation (PWM) control with interleaved‐and‐shifted shoot‐through state (STS) placement modulation technique, is proposed to simultaneously achieve both dc voltage boost and dc‐ac inversion. Instead of placing the STS in both inverter legs simultaneously, the addressed method inserts the STS only in left/right inverter leg separately during the positive/negative half cycle of the output voltage to reduce switching losses and thermal stresses of the power devices. The STS shift is also studied to decrease the switching numbers of power devices and thus can improve the efficiency further. Theoretical analysis and design guidelines of the studied inverter are included. Improvement in effectiveness and performance of the devised scheme and modulation strategy are proved experimentally and compared with the previous studies on a built laboratory prototype.     

Common mode voltage reduction of quasi‐Z source indirect matrix converter

Quasi‐Z source indirect matrix converter (IMC) combines both advantages of conventional IMC and quasi‐Z source inverter, for example, no direct current (DC) link capacitor, compact all‐silicon power converter, bidirectional power flow, input power factor controllable, and high voltage gain; moreover, it does not require additional input filter, because continuous quasi‐Z source network integrates LC filter function. However, there is no literature to disclose common mode voltage (CMV) issue of quasi‐Z source IMC. In this paper, for the first time, the CMV issue and reduction of quasi‐Z source IMC are investigated. Firstly, the CMV of quasi‐Z source IMC is analyzed when using current typical modulation method, which follows the brief introduction of topology and modulation method for quasi‐Z source IMC, and the factors that affect the CMV are figured out; Secondly, referring to the CMV reduction methods of conventional IMC, two solutions named as Methods I and II to reduce the CMV for quasi‐Z source IMC are developed, which are achieved in the inverter stage; the third CMV reduction method is proposed in the rectifier stage through redefining the six sectors of the rectifier stage, which can implement zero current commutation. Experimental bench is built to test three approaches for reducing the CMV of quasi‐Z source IMC. Comparative evaluation is carried out between three methods and conventional modulation method. Experimental results verify that three methods can significantly reduce the CMV of quasi‐Z source IMC, with the CMV peak value reduction of 42%, but they present different features in terms of input and output current THDs, switching loss, CMV root mean square (RMS) value, modulation index limitation, and so on. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.