差分升压逆变器半周期调制及单电流环并网控制

当差分升压逆变器并网运行时,需要保证交直流侧的电能质量,同时兼顾较高的控制性能及控制效率。在对差分升压逆变器并网运行工作原理进行分析后,提出了一种基于半周期调制的单电流环并网控制策略。通过将高频和工频控制相结合的调制方法,减少了处于高频工作状态的开关管数量,降低了功率开关管所承受的开关电压、电流应力和开关损耗。同时,通过对比并网电流信号得到误差信号,随后通过控制器调节来实现闭环控制,使控制结构和控制参数设计得以简化。仿真和实验结果表明所提策略具有提高并网电流质量、快速动态响应、控制结构简单等优点。     

单相双Boost并网逆变器的模型预测控制策略

由于受Boost电路非线性特点的制约,传统基于线性系统理论的双环或者多环控制,往往存在控制环路多、控制结构复杂、控制器参数整定工作困难等缺点。基于模型预测控制理论对非线性系统具有良好的控制效果及鲁棒性强的特点,提出了一种单环并网电流模型预测控制策略。首先,针对双Boost电路组成差分逆变器的电路结构特点,提出了半周期的调制策略,在正负半周期内,实现两个Boost逆变器的解耦控制。接着,提出基于模型预测控制的单电流环并网电流控制策略。研制了750 W双Boost并网逆变器的实验样机,实验验证了双Boost并网逆变器半周期调制策略及模型预测控制策略的可行性与有效性。     

三相双Buck逆变器过零畸变问题与解决方法

双Buck拓扑克服了传统桥式拓扑上下桥臂的直通问题,将其应用于三相并网逆变器,能够避免驱动信号死区引入的低次谐波,从而降低进网电流谐波含量,且外接快恢复二极管续流,减小了反向恢复损耗。然而,为消除电感的偏置电流以及提高逆变器效率,双Buck逆变器需采用半周期控制策略,导致了进网电流的过零畸变。针对带LCL滤波器的三相双Buck逆变器,分析半周期控制所导致过零畸变的原因,提出带纹波电流负反馈的半周期空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)控制方法,通过在过零点处改变空间电压矢量的基准,有效地消除了进网电流过零畸变,并讨论新型控制算法对系统稳定性的影响,通过仿真和实验验证理论分析。     

一种改善Vienna整流器输入电流品质的载波钳位调制方法

三相三电平Vienna整流器具有输入电流总谐波畸变率(THD)低、功率密度高、单位功率因数等优点,适用于高频三相功率因数校正场合。在器件开关暂态过程中,Vienna整流器的寄生电容和缓冲电路等非线性因素会造成交流侧端电压误差,给输入电流引入低频谐波,从而影响电流品质。为此,本文提出一种改善Vienna整流器输入电流品质的载波钳位调制方法,该方法考虑Vienna整流器电路非线性因素,对开关暂态过程和端电压误差进行分析,在电流过零时将端电压钳位到零电平,且可调节钳位区间大小,有效降低了端电压误差,提高了输入电流品质。通过仿真和实验对所提载波钳位调制方法和常规SPWM方法进行比较,结果表明:所提方法能在宽负载范围下降低输入电流低频谐波分量和总电流畸变率,验证了所提载波钳位调制方法的正确性和可行性。     

双Boost逆变器新型单电流环并网控制

双Boost逆变器能够实现单级升降压逆变,并且凭借其结构简单、功率器件少、升压能力强等优点成为替代全桥逆变器的可靠选择.当其并网运行时,需要提高电能质量同时具备高性能动态响应及较高的逆变器效率.但传统的控制策略难以保证上述要求,且控制结构复杂,控制器参数整定困难.为了简化控制结构和控制器参数设计本文采用高频控制和工频控制结合的方法实现了半周期调制和单电流环并网控制.仿真和实验表明所提方法具有提高并网电流质量、快速动态响应、提高系统效率等优点.     

二极管箝位型三电平逆变器的控制方式研究

对于拥有体积小、成本低等优点的高频不间断电源(UPS),其后级逆变器的输出电压总谐波畸变率(THD)是一个关键技术指标,此处选取了三相四线制二极管箝位型三电平逆变器作为主电路。采用三维空间矢量(3DSV)调制方式作为调制策略,对系统进行建模,同时分析了不平衡负载对输出的影响,对比了采用传统双闭环比例积分(PI)控制器和改进型重复控制器抑制谐波的能力。通过搭建样机,验证了3D-SV调制方式数字实现方便,同时采用改进型重复控制策略,在不平衡负载条件下,抑制谐波能力好,能输出高质量的电压波形。     

级联型多电平逆变器THD最小控制

以最少模块数级联型多电平逆变器为研究对象,在分析其输出波形特性的基础上,得出了模块功率器件开关角与逆变器输出电压总谐波畸变率THD的关系,进而提出了控制器件开关角以实现级联型多电平逆变器最小THD控制的策略,并利用求解带不等式约束的最优化方法得到了最小THD控制角。将该控制策略与高频调制策略进行了比较,比较结果说明,采用该策略可明显降低输出电压的总谐波畸变率,且有利于级联型多电平逆变器的高频应用。以工作频率为100kHz的多电平逆变器为例,通过仿真和实验验证了该方案在高频应用的可行性。     

升压型Boost-PFC电路的频率反走临界电流控制

临界导通工作模式下的Boost PFC电路在交流输入电压过零点附近出现开关频率过高和过零点交越失真,导致电路开关损耗增加和总谐波失真增大,为此在恒定导通时间控制基础上,提出了一种电流控制频率反走的控制策略.通过在交流输入电压过零点附近将电路从临界工作模式切换到断续工作模式的方式,降低电路在交流输入电压过零点附近开关管的...     

单相高频链逆变器的解结耦单极性移相调制及其死区优化

单相高频链逆变拓扑由高频变压器、一次侧高频逆变器、二次侧矩阵/周波变换器和输出滤波器构成,既有隔离型功率变换及能量双向流动的优点,也有双向开关换流控制难度高的缺点。针对此拓扑提出一种解结耦单极性移相调制策略,能够无需借助辅助电路与功率管的重叠换流技术,即可实现周波变换器中所有功率管的零电压开关(ZVS)自然换流及滤波电感无过电压冲击自然续流。在此基础上,研究了一种优化死区设置方法,有效地改善了单极性移相调制策略存在的输出电压过零点邻域畸变问题,弥补了死区效应所导致的输入电压利用率低以及输出电压谐波含量大的缺点。理论分析、仿真及实验验证了所提解结耦单极性移相调制策略及优化死区设置方法的可行性和有效性。     

多输入高频链逆变器及其控制策略研究

多输入可再生能源供电系统存在多级功率变换、电路结构复杂、转换效率和功率密度低以及成本高等缺点。针对此问题,研究了一种多输入高频链逆变器及其控制策略,其电路拓扑具有结构简单、体积重量小、效率高、输入与输出电气隔离以及占空比调节范围宽等优点,所提出的控制策略实施简单且可实现多路输入源功率的合理分配、输出电压稳定以及输出电流总谐波畸变率(THD)较小。制作一台功率等级为1 kW的实验样机,通过实验结果证明了电路拓扑及所提控制策略的有效性。     

两相连续型阻塞式交交变频电源

针对传统变频技术的不足,提出一种两相连续型阻塞式交交变频电源,具有传统变频技术所不具备的谐波含量少、功率因数高、功率器件少、控制简单和成本低廉等优势。依据阻塞控制策略对输入两相电网电压进行阻塞拼接变换,实现调频的目的;同时采用SPWM斩波调压技术对阻塞后电压进行斩波处理,进一步实现调压的目的。使用DS1104实时控制系统完成对控制策略的验证,并依靠STM320F2812实现控制策略的实施。进一步设计主功率电路及信号调理电路,完成变频电源的相关实验,获得了典型的实验结果。实验结果与理论分析相一致,验证了提出的两相连续型阻塞式变频电源的正确性与可行性,同时也为面向家用电器、工厂中小容量排风设备的节能及换流方式的改进提供理了论依据和实验指导。     

多包络线谐振软开关逆变器控制策略

为了满足光伏微型逆变器高功率密度、高性能、低总谐波畸变率(total harmonic distortion,THD)的要求,文中基于临界电流模式提出一种多包络线谐振软开关逆变器控制策略,通过进行开关管的分时控制达到平衡电感电流上升下降时间的目的,从而缓解过零点畸变。随后,详细介绍多包络线谐振软开关逆变器控制策略的工作模态,并从软开关、开关频率、开关管损耗与逆变效率、过零点畸变程度等方面与传统临界电流模式进行对比分析。为验证控制策略的有效性,文中基于PSIM搭建了500 W谐振软开关单相全桥逆变器进行开环仿真验证。仿真结果表明,与传统的单极性临界电流模式相比,多包络线临界电流模式可以有效优化过零点问题,能够滤除谐波、降低THD,并且实现零电流开关(zero current switch,ZCS)和全部开关管的零电压开关(zero voltage switch,ZVS)。     

基于电流延时补偿的逆变器控制策略

针对三电平逆变器并网系统,研究了一种基于电流延时补偿的逆变器控制策略。首先,根据三电平逆变器并网系统的拓扑,研究了一种改进空间矢量调制策略,可以有效降低共模电压。然后,研究基于电容电流反馈的有源阻尼控制方法和补偿延时的电流半周期控制策略,分析表明半周期控制策略能够避开阻抗极性跃变,提高系统稳定性。最后,通过仿真和试验验证了该方法的有效性。     

占空比扩展高频脉冲直流环节航空静止变流器研究

首次提出了高频脉冲直流电压波占空比扩展的新思路。深入分析研究了占空比扩展高频脉冲直流环节航空静止变流器稳态原理、三态离散脉冲电流滞环跟踪控制策略 ,获得了关键电路参数设计准则。设计并研制成功的 75 0VA 2 7VDC/115V4 0 0HzAC原理样机 ,具有变换效率高、功率密度高、可靠性高、稳态精度高、动态响应速度快、过载和短路能力强、输出波形THD小等优点     

基于IGBT器件串联的MMC随机零序分量注入PWM方法

随着模块化多电平换流器的发展,提高模块化多电平换流器(MMC)的容量及电压等级成为研究热点。通过建立绝缘栅双极型晶体管(IGBT)串联模块化下的MMC换流器模型,考察载波移相调制策略下换流器的输出电压畸变情况,以及在开关频率处的电磁噪声幅值。提出一种随机零序分量注入脉宽调制(PWM)方式,并基于随机过程原理,对比不同随机PWM下开关函数的功率谱密度,并从理论和仿真两个方面研究随机PWM对MMC换流器的降噪效果。仿真结果表明,提出的随机PWM方式简单有效,能明显降低大容量高电压的MMC换流器的噪声。     

坦克用高压两级式矢量控制策略研究

在坦克供电系统中一般为电压等级为900V直流母线电压,传统SVPWM策略需采用两电平高压变频器,以增加功率管数量来承受系统的高压,带来了器件的均压、均流等问题,同时输出电压中谐波含量较高,功率管开通关断也会引入较大的电压尖峰。因此,本文先针对SVPWM输出的PWM波谐波进行了分析,得到了针对THD的最优调制比。提出前级BUCK变换器,后级为三相全桥逆变器两级式拓扑,对比分析两级式拓扑的控制策略与传统单级式控制策略在高压条件下的性能优劣。最后,进行了仿真和实验,结果显示两级式拓扑的永磁同步电机控制策略相比于传统基于三相全桥逆变器的永磁同步电机控制策略,THD得到改善。     

直流侧电压高二次纹波率条件下的单相逆变器谐波削弱调制

传统的单极性与双极性单相逆变调制方法的推演是基于直流母线电压为理想恒定直流量的前提。在实际的单相系统中,交直流功率的耦合使得单相逆变器直流母线电压含大量二倍交流电压频率的纹波分量。若采取传统逆变调制,二次纹波分量又使得交流输出侧的三次谐波含量增加,影响交流输出侧的电能质量。文中采用双重傅里叶变换从理论上对输出电压的谐波特性进行评估,从而提出了一种在直流侧电压高二次纹波率条件下的单相逆变器谐波削弱调制方法。利用基于三阶广义积分器的增强型锁相环提取直流母线上的二次纹波分量,并通过在逆变调制系数中注入相反二次分量的方法,达到削弱输出侧三次谐波,降低交流总谐波畸变率的目的。最后,通过实验验证了所提主动调制方法的合理性和可行性。     

一种消除VIENNA整流器输入电流过零畸变的SVPWM调制方法

分析了VIENNA整流器在低载波比应用中因电感压降不可忽略导致输入电流在过零点处发生畸变的原因,提出了一种使用输入电流辅助判断SVPWM大扇区的调制策略,以消除输入电流的过零畸变及降低输入电流的THD值;并针对实际工程应用中输入电流采样易受干扰的问题,提出一种软硬件相结合的滤波方法以提高扇区判断的精度。进一步,根据SVPWM电压利用率与调制比的关系,分析了输入电流辅助判断SVPWM大扇区方法的适用条件,得到使用该方法的输出电压边界条件。最后,使用MATLAB搭建了该整流器的仿真模型,并制作了一台1.5kW VIENNA整流器实验样机,仿真与实验均验证了所提出的改进型SVPWM调制方法的可行性,能有效消除输入电流的过零畸变。     

一种新型直流环节并联谐振软开关逆变器

电力电子装置开关频率的提高带来了开关损耗与器件损坏问题、感性关断和电磁干扰等一系列新问题。有效克服这些缺陷的方法是采用谐振软开关技术,然而,传统的直流环节谐振型逆变器存在两个明显的缺点：开关器件的电压应力大;电压过零点与逆变器开关策略难以同步,使逆变器输出有大量次谐波。该文提出一种新型的直流环节并联谐振软开关技术,重点分析了此种软开关逆变器的拓扑结构、工作原理和特点,并通过实验验证了其原理和可行性。     

风电变流器改进型断续脉宽调制策略

大功率风力发电变流器中,存在开关损耗和电流总谐波失真THD(total harmonic distortion)难以均衡的矛盾。如何优化调制方式,以提高系统效率,减小电流谐波,是大功率风电变流系统的核心技术之一。针对风电变流器宽频率、宽电压运行范围的特点,分析直驱风电变流器采用断续脉宽调制策略下的损耗和谐波性能,发现不同工况下主要关注指标不同,轻载时电能质量恶劣、开关损耗低,而重载时开关损耗严重、电能质量好;但是常用调制方式很难兼顾。为解决该问题,提出一种适用于永磁同步机直驱风电变流器的新型断续脉宽调制策略,该调制策略对开关损耗和THD的优化特性随变流器工作范围变化,实现不同工况下主要关注指标的优化。最后通过实验平台验证了该方案在重载时减小开关损耗,在轻载时降低电流谐波的有效性。