分裂式可变调制波的PWM过调制技术及谐波分析

针对空间矢量脉宽调制(SVPWM)过调制算法复杂且涉及除法运算的问题,构建一种分裂式可变调制波,该调制波在调制度M∈[0,1]的线性区为正弦波,在M∈(1,4/π)的过调制区则分裂为两种以不同方式变化的正弦曲线段,相衔接构成一种调制波,其面积随M提升进一步扩大,直至方波。采用三角载波采样,在线性区改变调制波幅值即可线性地改变PWM基波值,在过调制区则减小两种正弦波曲线段间的分界角,继续提高PWM基波幅值大小,直至方波模式。经研究过调制区的PWM谐波影响与分界角初值的关系,得出最佳分界角初值。提出的PWM算法简单,线性区间的PWM电流总谐波畸变率(THD)与正弦脉宽调制(SPWM)一致;在M∈(1,1.2]过调制区其值仍延续低位。实验结果验证了该技术的有效性和优越性。     

优化的准正弦平顶调制波PWM过调制新技术

针对现有PWM(pulse width modulation)过调制算法复杂的问题,构建一种新型的准正弦平顶调制波,通过优化使所含基波显著提升、低次谐波影响最小。用三角载波采样,在线性区改变调制波高即可线性地改变PWM基波值,在过调制区则扩大调制波的平顶宽度并保持其高度不变,继续提升PWM基波,直至方波模式。为保持过调制区基波值与调制度M间的线性关系,将平顶宽与M的关系预先制表,通过查表法获取相应值。新技术PWM算法简单,且在线性区内的最大基波幅值比SPWM(sinusoidal pulse width modulation)高19%。在相同载波比N=33的情况下,其电流谐波总失真度在M∈[0.55,1]区间低于SPWM;在M∈[0,0.55]区间高于SPWM,但最大增加值小于2.2%。实验结果证实了新技术的有效性和优越性。     

一种适用于级联H桥型逆变器的新型PWM脉冲模型

从级联H桥型逆变器的脉冲本质出发,引入一组表征脉宽调制(pulse width modulation,PWM)特性的中间变量,称之为脉冲净面积(pulse net area,PNA),以此为基础讨论级联H桥中PWM脉冲模型,给出基于不同优化约束条件下的PWM模型和相关实现,提出三种改进型PWM的实现方法。实验结果表明,该脉冲模型正确可行,可用于评估PWM调制方法的特性,并从提高系统的谐波特性和降低开关损耗等方面实现对PWM调制方法的优化。     

新谐波分析法和CSI最优PWM模式研究及实现

本文推导出电流源逆变器(CSI)脉宽调制(PWM)谐波电流幅值表达式,脉动转矩目标函数。根据此目标函数最小在IBM—PC机上进行脱线寻优、分谐波调制寻优;将脱线寻优结果与分谐波调制PWM优化法进行比较;也将脉动转矩最小PWM与效率最优PWM、谐波平均转矩最小PWM进行比较。采用硬件和软件相结合实现了脉动转矩最小的PWM发生器实验。它是一种简单、可靠、易于实现、价格低廉、性能良好的最优PWM发生器。     

非接触电能传输系统不对称PWM调制的研究

在非接触电能传输(CPT)系统中,为提高系统的效率和可靠性,在不改变原有谐振功率变换器结构的基础上,采用不对称PWM调制,通过调整全桥逆变器的控制角α就可以有效地控制系统的传输功率。在进行等效电路模型分析的基础上,分析了不对称PWM调制的工作原理和工作特性。在CPT系统中不对称PWM调制方式实现了ZVS软开关,表明该调制方法的合理性。     

优化的准正弦平顶调制波PWM新技术

为提升三相PWM最大输出基波幅值,构造了一种优化的准正弦平顶调制波,采用不对称规则采样法对三角载波进行调制,所得三相PWM最大输出基波幅值比SPWM高19%,比SVPWM高3.2%,电流谐波总失真度ITHD在调制度M∈[0.55,1]区间低于SPWM的相应值,在M∈[0,0.55]区间虽高于SPWM,但增量不超过2.2%,新技术的PWM算法简单。实验结果证实了新技术的有效性和优越性。     

计及离散变量基于互补约束全光滑牛顿法的无功优化

针对电力系统无功优化确定性算法在处理离散变量时有困难及收敛域小的问题,提出把基于互补约束的全光滑牛顿算法用于含离散控制变量的电力系统无功优化。该方法使用光滑松弛函数,以避免海森(Hessian)矩阵的奇异性,将优化模型的1阶优化条件(Karush-Kuhn-Tucker,KKT)中的互补约束条件转化为光滑非线性方程,从而把非线性优化问题重构成一组非线性方程组的根求解问题,并用牛顿法进行求解。在此基础上,进一步提出以离散变量的2个边界构造其互补约束条件,并将约束条件直接嵌入到牛顿法中,实现离散变量在优化过程中的逐次逼近。算例表明:该无功优化方法具有大范围收敛性,突破了基于内点法等的无功优化技术要求系统初始点必须位于系统可行域之内的限制;采用互补约束条件处理离散变量,简单有效,能够可靠地同时得到连续变量及离散变量的最优解。     

利用凝聚函数代理非线性不等式约束的内点优化潮流算法

为加快电力系统优化潮流(optimal power flow,OPF)问题的求解,提出了利用凝聚函数法代理非线性不等式约束的优化潮流算法。鉴于优化潮流的数学模型中包括了大量的非线性不等式约束条件,尤其在计算大规模电力系统优化潮流时,对非线性不等式约束条件的处理耗费了大量的计算时间。文中将多个非线性不等式约束用一个凝聚函数代替,极大地减少了大规模电力系统优化潮流计算矩阵的维数,然后利用内点法进行求解。对IEEE大规模测试系统进行仿真,结果表明该混合算法具有收敛速度快、迭代迅速的优点。     

模块化多电平换流器混合调制策略

针对用于低压系统的模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC),提出了一种提高较低电平数下换流器输出波形质量的混合调制策略。采用最近电平逼近调制(nearest level modulation,NLM)与脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)相结合的方法,在每个控制周期,以最近电平逼近的方法形成阶梯波,并在每一个阶梯波上引入PWM控制,形成阶梯波和PWM信号相叠加的换流器桥臂调制信号。该调制策略能够在提高换流器输出的波形质量和减少谐波含量的同时,降低调试算法运算量,有利于控制器的实现。通过对用于10 k V交流系统的9电平换流器进行仿真试验,验证了所提出的调制策略能使换流器具有较好的电压、电流输出波形,证明该调制策略的可行性与有效性。     

级联多电平储能功率转换系统调制方法分析

主要针对H桥级联型大容量电池储能功率转换系统(PCS)调制策略进行了理论分析和研究。首先针对载波移相PWM调制,载波层叠PWM调制以及阶梯波调制分别分析了其电压频谱特性,并设计出一种简单的阶梯波调制方法。其次基于容量等级和额定电压为2 MW/10 kV的储能功率转换系统,构建了Matlab仿真模型,仿真验证了这种阶梯波调制的有效性并比对不同调制方法的差别。     

易于FPGA实现的最优移相PWM控制策略

在综合考虑波形特性、开关损耗、电压利用率及易实现性的基础上,提出一种新的最优移相脉宽调制(PWM)控制策略。从线电压出发,指出电压利用率的提高实质上是一个非线性规划问题,并就此非线性规划问题分8种情况进行讨论,系统地分析了谐波注入正弦脉宽调制(SPWM)电压利用率可以达到的极限值。采用数字仿真得出易于现场可编程门阵列(FPGA)实现的最优移相PWM调制波数据,并对其进行频谱分析。论证了移相法和堆波法在开关损耗上的一致性,以及移相法具有开关动作均匀、易于FPGA实现的特点。最后给出了最优移相PWM策略MATLAB仿真波形以及在SIGA(system in gate array)多电平高压变频器模型机中应用的实验波形。     

中点箝位型三电平变换器SFOPWM方法的研究

介绍了中点箝位型三电平变换器中的一种典型载波PWM方法——开关频率优化PWM(SFOPWM)，这种方法由于注入零序的三次三角波，调制比最大可以达到1、15；另外通过适当选择载波和调制波之间的相移可以减少开关次数。仿真和实验结果验证了该方法的特点。     

优化阶梯波PWM逆变器供电的交流变频调速系统

本文介绍了一种能消除特定谐波的优化梯形波 PWM 方法,其输出基波电压 V_(1)与调制比 M 成正比的线性控制区宽。文中详细地论述了优化梯形波 PWM 原理和开关点的算法,说明了采用8088十六位微处理器组成系统的方法及特点。试验结果表明该方法是可行的。     

一种5电平ANPC逆变器的优化PWM方法

降低功率器件的开关频率,可减少中高压大容量逆变器的工作损耗,并进而增加输出功率,但也会带来电流谐波较大的问题,解决此问题的办法便是采用优化PWM方法。研究了一种5电平有源钳位逆变器在低开关频率运行下的电流谐波最小PWM方法。针对不同调制度范围,提出两种不同的遗传算法适应度函数来求解高精度初值,并以电压低次谐波幅值方程为非线性约束条件,增强了对低次谐波幅值的限制。通过优化求解得到的开关角具有良好的电流谐波性能,仿真结果验证了该方法的有效性。     

基于小波PWM调制的逆变器特性分析

本文介绍了基于非二进制离散小波分辨率分析的小波PWM调制原理和实现方法,分析并给出了小波PWM调制中不同参数对逆变器输出性能的影响,有利于选择合理的参数。并利用谐波消除的原理,通过具体算例将小波PWM调制与SPWM技术进行比较,仿真和实验结果表明,小波PWM调制具有数字化算法实现更简单,电压利用率更高,谐波总畸变率(THD)更小的优点,但是输出电压调节范围更小以及对低次谐波的抑制能力更差,为小波PWM调制更有效的实际应用提供了理论依据。     

混合级联多电平逆变器的改进混合调制技术

针对于Ⅲ型混合级联型多电平逆变器调制中,逆变器输出的相电压及线电压包含低频次谐波,以及大调制度下出现的超调问题,提出了一种改进的混合调制策略。该策略通过调制波和一对三角载对高压单元进行调制,得到高压单元输出的PWM波,再利用调制波与高压单元输出的PWM波的差值作为低压单元的调制波对低压单元进行调制,得到低压单元输出的PWM波。仿真与实验结果表明该策略能够消除Ⅲ逆变器输出相电压及线电压中的5次和7次低频谐波和超调现象,逆变器输出的相电压和线电压的总谐波失真(total harmonic elimination,THD)分别为14.53%和12.47%,频谱含量主要分布在2mf两侧。     

基于响应表面法的电缆终端结构和材料参数优化

在对电缆终端的尺寸参数和材料特性进行优化时,若目标函数和约束条件不存在显示函数关系,需采用随机类优化算法进行多次有限元求解,从而产生优化过程迭代次数多、计算效率低的问题。文章使用响应表面法(RSM)先构建出较精确的响应表面模型,以显示的函数表达式描述出目标函数和约束条件与设计变量的关系,然后采用优化算法对含有非线性约束的优化问题进行求解。这样的优化过程大大减少了有限元计算次数,提高了计算效率。     

开关磁阻电动机驱动系统混合离散规划的研究

开关磁阻电动机驱动(SRD)系统的优化设计问题是一个带多个约束条件的非线性规划,而且变量的取值具有离散性,本文重点对SRD系统的离散(混合离散)规划问题进行了研究,并提出了一种适合于离散规划的模式搜索法改进方案,针对优化中约束条件众多且非线性程度高的特点,提出了一种可行点加速寻找方法;同时,就计算工作量庞大问题也提出了有效的措施。     

基于模式搜索算法的电力系统机组组合问题

机组组合问题是一个复杂的大型混合整数非线性规划问题,目前尚未找到理想的解决方法。本文提出一种用于混合变量的模式搜索方法(GPSMV)解决机组组合问题。该方法能求解非凸、非线性、不可微甚至不连续的规划问题,理论上能保证全局收敛于稳定的解,其仅需要求目标函数及由约束条件构成的障碍函数值而不需要对目标函数和约束条件求导。在优化过程中离散变量作为独立的变量,而不是把原问题分成离散和连续两层来处理,适合于求解离散和连续的混合变量问题。最后对10～100机,26机24时段等六个系统进行仿真试验验证该算法。     

模块化多电平变换器混合调制策略

提出一种应用于模块化多电平变换器(MMC)的混合调制策略,该方法融合了最近电平逼近调制(NLM)与脉宽调制(PWM)策略。利用NLM算法求得输出电平数,引入子模块直流电压瞬时值对阶梯数进行修正,在此基础上求得PWM波,并确保在任意时刻MMC每桥臂中有且仅有一个子模块处于PWM,以减少系统损耗。与此同时,采用电容电压排序的方法选择PWM工作子模块,并对各子模块进行了电压均衡控制。样机验证了其正确性及先进性。