多电平逆变器通用电容电压平衡优化算法

针对二极管箝位型多电平逆变器电容电压难以控制的问题,分析了一种简单的多电平逆变器等效模型,用于预测结点电压偏差,提出了一种多电平逆变器电容电压平衡优化SVPWM(space vector pulse width modulation)算法。该算法通过预测不同开关状态下直流侧结点电压偏差,建立目标函数并对其寻优,在每个开关周期选取最优的开关组合达到结点电压平衡。理论分析和试验结果表明,该算法适用于任意电平逆变器电容电压平衡的控制,解决了三电平逆变器电容电压平衡的问题,但在三电平以上的逆变器受调制度限制。针对三电平以上高调制度下电容电压失衡的原因进行了分析,并给出了解决方法。仿真和实验验证了算法的正确性。     

多电平逆变器直流侧电容电压的平衡与控制

多电平逆变器能产生多阶梯、低失真电压波形，特别适合于大功率高电压场合。二极管箝位式多电平逆变器（DCMLI）因无需独立的直流电源来维持每级电压而备受青睐。但该逆变器存在直流侧电容电压的不平衡问题，因而未能在有功功率变换中得到广泛应用。针对这一问题，文中提出一种适用于n电平DCMLI的电容电压动态平衡控制算法，该算法基于空间矢量PWM(SVPWM)法，用电容电压偏差值与各冗余开关状态下的电容电流预测值的乘积作为衡量电容电压偏离其平衡基准值程度大小的准则，通过选取使电容电压偏离程度最小的冗余开关状态来维持电容电压平衡并产生所期望的输出电压波形，但同时要舍去某些导致电容电压本质不平衡的特殊空间矢量。以5电平DCMLI为例，仿真验证了该算法的有效性。     

内蕴电压平衡控制的飞跨电容逆变器的PWM方法

采用多电平结构是逆变器实现高电压大容量化的有效途径。飞跨电容逆变器因为只需要一个独立直流供电电源、电平数易扩展、控制灵活等优点而备受青睐，但是电容电压的平衡问题却制约其推广应用。针对此问题，该文提出一种内蕴电压平衡控制的PWM方法，该方法由直接PWM算法和基于最大单元电压偏差抑制的开关状态选择法则组成，前者是由给定的ABC坐标系下的参考电压来确定逆变器所需输出的电平电压、相应的作用时间及作用顺序；后者是确定逆变器的开关状态以产生已确定的电平电压，同时控制电容电压的平衡。该PWM方法理论上适用于任意电平的飞跨电容逆变器，它不但能够有效控制电容电压的平衡，而且还能够保证功率开关频率的均衡、便于数字化实现。该文给出了该方法的数字化实现原理。最后，基于飞跨电容五电平变频器对所提出的PWM方法，做了详尽的仿真分析和大量的实验验证。     

二极管箝位型多电平逆变器全范围电容电压平衡的PWM调制方法

电容电压偏移是二极管箝位型多电平逆变器的主要缺点。空间矢量调制和正弦载波调制方法,在调制度较高且功率因数较低时,电容电压出现低频波动。该文首先建立含电容电压的二极管箝位型三电平逆变器的脉冲宽度调制(pulse-width modulation,PWM)模型,提出一种新的调制方法,只需满足三相电流之和为零,该方法在任意调制度和功率因数下都能确保电容电位的平衡。并对算法累积误差进行修正。实验结果表明,这种方法较以前的解决方案能更好地平衡电容电压。最后将算法拓展到二极管箝位型任意电平数逆变器的调制中。     

三电平逆变器新型简化算法及其优化控制

针对NPC三电平逆变器提出一种新型简化控制算法,该算法无需扇区判断和查表,根据三相瞬时相电压即可快速计算出各开关管的切换时刻;为解决NPC三电平逆变器固有的电容电压平衡问题,采用平衡因子法精确控制电容电压,并通过最优空间矢量位置理论对平衡因子进行优化,在精确控制电容电压的同时改善输出谐波特性。实验结果证明了简化控制算法以及电容电压平衡方法的有效性。     

悬浮电容多电平逆变器的通用PWM控制方法

多电平逆变器及其PWM控制是近年来电力电子应用领域的研究热点。悬浮电容多电平逆变器因为不需要独立的直流电源来维持每级电平电压和电平数容易扩展等优点而备受青睐，但是悬浮电容电压的平衡问题却制约其推广应用。针对该问题，该文提出一种理论上适用于任意电平悬浮电容逆变器的通用PWM控制方法，该方法由“波形优化电压合成算法”和“开关状态选择法则”两部分组成。前者基于“伏秒等效”原则，以优化输出线电压波形为目标，由参考波直接确定各相电压电平和相应的持续时间及输出顺序；后者则用于选择合适的冗余开关状态，以同时控制悬浮电容电压的平衡，而且还能保证功率开关频率的均衡，便于实现数字化。该方法在悬浮电容五电平逆变器系统进行了大量的仿真，并给出了部分实验结果。     

二极管箝位式多电平逆变器直流侧电容电压不平衡机理的研究

多电平逆变器能产生多阶梯、低失真电压波形，特别适合于大功率高电压场合，其中二极管箝位式多电平逆变器（DCMLI）因无需独立的直流电源来维持每级电压而备受关注，但由于该逆变器存在直流侧电容电压的不平衡问题，因而还未能在有功功率变换中得到广泛应用，文中采用空间矢量法研究了负载功率因数对二极管箝位式多电平逆变器（DCMLI）直流侧电容电压不平衡的影响，建立了功率因数与电容电流之间的数学关系，利用DCMLI的电容电流模型计算出了各开关状态下的电容电流大小和方向，并引入不平衡空间矢量的概念，从而揭示了产生DCMLI电容电压不平衡的机理，认为只有舍去不平衡矢量，才能通过选择合适的 冗余开关状态使DCMLI电容电压达到平衡，仿真验证了结论的正确性。     

层叠式悬浮电容逆变器的新型PWM控制方法

采用多电平结构是逆变器实现高电压大容量化的有效途径。层叠式悬浮电容多电平结构可以大大减小电容器的尺寸,并且还具有控制灵活、电平数易扩展等诸多优点,因而倍受青睐,但是该逆变器也存在悬浮电容电压的平衡控制问题。据此本文提出一种新型的PWM方法,该方法不但能够有效控制电容电压的平衡,而且算法计算量小、便于数字化实现,能够保证功率器件的开关频率均衡,利用层叠式五电平逆变器,对该方法的有效性进行了详尽的仿真验证。     

混合五电平逆变器的单载波双调制波调制策略

以电容箝位型混合五电平逆变器为研究对象,在分析其工作原理及电容电压平衡控制的基础上,提出了一种适用于该混合五电平逆变器的单载波双调制波脉冲宽度调制(PWM)策略。通过控制一个载波周期内电容的充放电量相等来保持其电压平衡,同时只需数字信号处理器(DSP)上的一个ePWM模块即可实现该混合五电平逆变器的控制,降低了控制难度,最大限度地节约了DSP片上资源。实验结果验证了所提调制策略的正确性和可行性。     

五电平逆变器钳位电容平衡控制策略研究

为了避免中点钳位/H桥五电平逆变器拓扑结构中因直流母线上存在2个钳位电容而造成母线中点电位平衡控制较为复杂的问题,介绍了一种由单电容钳位的三电平拓扑与半桥组合形成的五电平逆变器拓扑.该五电平逆变器拓扑只需要保证一个钳位电容在每个三角载波周期内充、放电时间相等,即可实现钳位电容电压平衡控制.对此提出一种新型的SPWM控制...     

新能源直流汇集分群综合协调控制策略

提出了新能源直流汇集系统分群综合协调控制策略,该策略分为功率控制和电压控制两部分.功率控制包括系统各分群内的计划功率及分群间的联络线功率控制,分群内的计划功率考虑了电网分时电价及储能的运行状态,可提高系统运行的经济性;分群间的联络线功率控制采用基于直流分群控制误差(DC group control error,DGCE...     

受端多落点级联型混合直流输电系统协调控制策略

针对受端多落点级联型混合直流输电系统发生交直流故障时,电流分配不平衡导致的功率反送、系统稳定性降低等问题开展研究,并提出改善系统稳定性的协调控制策略.该策略在发生故障时根据线路传输功率、逆变侧电网换相型换流器(LCC)输出功率以及采用定直流电压控制的模块化多电平换流器(MMC)稳态输出功率,对MMC的有功功率指令值进行...     

基于电压控制特性的电压源型多端直流/交流系统潮流求解

由于基于电压源型换流器的高压直流(VSC-HVDC)输电技术具有良好的可控性,对负荷中心供电、风电消纳、孤岛电力传输等适应能力强,电压稳定性好,因此具有良好的应用前景。当前对VSC-HVDC系统主要基于定功率控制模式进行潮流计算,而很少考虑到实际的换流器电压控制能力。为了更加精确地反映实际电网中VSC的电压控制特性,文中建立了基于VSC的电压控制模型,考虑了换流器损耗、交流滤波器、换流器容量限制等的影响,并基于电压控制特性提出了VSC多端直流/交流系统的通用潮流求解方法。对直流电网功率分布变化和N-1故障以及多端直流/交流系统的潮流算例分析表明,所提的潮流算法能够反映直流换流器的电压控制调节能力,验证了基于VSC的多端直流/交流系统在考虑换流器电压控制特性后的潮流方法的有效性、合理性以及算法的快速性。     

电网不对称故障下VSC-HVDC系统的直接功率控制

针对在电网传输线路发生不对称故障时,采用稳态的电压源换流器高压直流输电(VSC-HVDC)系统控制算法将引起直流电压波动,交流电流畸变等问题,提出采用改进的直接功率控制(DPC)算法对VSC-HVDC系统的稳态和暂态过程进行控制。该方法以瞬时无功功率理论和dq变换为基础,通过实时控制电压源换流器(VSC)系统输入输出功率平衡,从而完成系统的交直流功率传输。对于不对称故障时直流电压出现的波动问题,通过对输入的瞬时功率进行分解,采用正序功率和相位作为控制信号对电压波动进行抑制。最后,通过PSCAD软件对所提出的控制算法进行系统仿真,从仿真的结果看出当系统故障时,改进的算法能够有效的抑制直流电压的波动,降低电流的谐波含量。同时也验证了该算法不仅能够很好的完成系统的稳态和暂态的过程控制而且能够有效隔离电网故障增强电网的稳定性。     

半桥三电平逆变器输出不对称交流时直流侧电容电压的分析

多电平逆变器能够产生多阶梯、低失真的电压波形,尤其适用于高压大功率的场合.但是如果输出的电流波形不对称,那么中点电位就会严重偏移.本文以全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)中的快速控制电源为背景,首先对三电平PWM逆变器以及二极管整流器进行分析,根据开关器件的不同状态总结出三电平PWM电路的四种工作模式,然后针对感性负载通过带有直流分量的正弦电流的情况,采用电流充电法和能量守恒法分析出的逆变器直流侧电容电压的变化情况并推导出单位周期内电容电压变化的公式,最后通过仿真与试验进一步验证两个公式的合理性和正确性.     

Multilevel converters-a new breed of power converters

Multilevel voltage source converters are emerging as a new breed of power converter options for high-power applications. The multilevel voltage source converters typically synthesize the staircase voltage wave from several levels of DC capacitor voltages. One of the major limitations of the multilevel converters is the voltage unbalance between different levels. The techniques to balance the voltage between different levels normally involve voltage clamping or capacitor charge control. There are several ways of implementing voltage balance in multilevel converters. Without considering the traditional magnetic coupled converters, this paper presents three recently developed multilevel voltage source converters: (1) diode-clamp, (2) flying-capacitors, and (3) cascaded-inverters with separate DC sources. The operating principle, features, constraints, and potential applications of these converters are discussed     

适用于多端柔性互联的交直流配电网潮流计算方法

针对采用下垂控制的多端柔性互联交直流配电系统,提出一种改进Zbus高斯算法。首先根据下垂控制曲线给定的直流电压参考值求解一次交直流潮流,确定有功功率稳态计算点,在此基础上按照下垂控制曲线更新直流电压,并采用新的直流电压稳态计算点求解交直流潮流直至收敛。改进的IEEE 123节点算例测试结果验证了所提算法的有效性和正确性。