一种基于矢量空间解耦的三电平六相逆变器空间矢量调制策略

以中压大功率交流电机驱动为背景,提出一种新型基于矢量空间解耦(VSD)的六相中点钳位型(NPC)三电平空间矢量调制策略(SVM)。其原理为:采用VSD矩阵将六维变量解耦并映射到3个二维平面,即α-β平面、x-y平面及o1-o2平面,提出矢量精简原则使矢量数量从729个简化到417个,进而设计最优五矢量法(OFV)消除x-y平面的谐波电压。同时,提出区域投影法提高了参考矢量位置判断效率,并以冗余负矢量作为首发矢量的矢量作用顺序有效平衡了直流侧中点电位。最后通过实验验证了上述策略的有效性。     

考虑中点电压不平衡的中点箝位型三电平逆变器空间矢量调制方法

论述了中点电压偏移时,中点箝位型(neutral point clamped, NPC)三电平逆变器的空间矢量调制方法(space vector pulse-width modulation,SVPWM)。当中点电压偏移时,电压矢量本身的变化和平衡算法所带来的冗余矢量作用时间所引起的合成误差。经计算得到不同调制度时的合成误差曲线。将中点电压的不平衡因子引入矢量的选择和作用时间的计算中,利用不平衡因子调整矢量作用时间。比较了当逆变器带有异步电机负载时,传统矢量调制方法和改进的调制方法在电机启动过程系统的响应特性。表明改进的算法不仅能使三电平逆变器的输出电压谐波含量大幅减少,并且中点电压不平衡、电机转矩脉动、电流畸变也大幅度减小。     

五相逆变器的空间矢量PWM控制

多相逆变器由于电压矢量的增加，其空间矢量PWM(SVPWM)控制同三相电机相比具有更大的灵活性，文中通过对五相逆变器电压矢量空间的分析，认为多相逆变器空间矢量PWM控制的线性调制范围及形成的电机定子磁通要优于三相电机。根据五相逆变器的结构特点，在传统的最近两矢量SVPWM(NTV-SVPWM)控制的基础上，提出了两种新的五相逆变器SVPWM控制方式：最近四矢量SVPWM(NFV-SVPWM)控制和最小开关损耗SVPWM(MSL-SVPWM)控制。推导了3种控制方式下的目标输出电压函数及波形，通过对比分析，认为：NTV-SVPWM控制含有较大的低次谐波，不适宜用于多相控制：NFV-SVPWM控制的输出谐波最小，MSL-SVPWM控制的开关损耗最小，分别适用于低调制指数和高调制指数工作区。利用MATLAB对五相同步电机调速控制系统进行了仿真研究，仿真结果验证了上述结论。     

基于优化虚拟矢量的三电平逆变器中点电位平衡闭环控制

通过对二极管钳位型逆变器中点电位不平衡引起的直流侧电容电压振荡、功率器件电压应力增加及输出电压谐波等问题的分析,提出一种基于优化虚拟空间矢量的三电平逆变器中点电位平衡闭环控制方案,通过构建包含优化因子的最近三虚拟空间矢量模型合成参考空间矢量,根据中点电压实时反馈量对其进行优化,减少输出电压的谐波及失真,同时引入中点电位的不平衡量,计算出各优化虚拟空间矢量作用时间的补偿量,并利用对负载位移角的在线估计实现系统闭环控制。仿真与实验结果表明本方案具有良好的多电平逆变器中点电位平衡控制性能,有效降低了直流侧电容波动。     

基于虚拟电压矢量的五相电压源逆变器空间矢量调制算法

在多相电机驱动系统中,逆变器控制和调制算法引起的共模电压将会产生电磁干扰,从而影响系统正常工作、损坏电机定子绕组绝缘,降低电机使用寿命等;五相逆变器输出电流低次谐波将会导致定子铜耗增加,转矩脉动变大,影响电机控制性能。因此,为抑制输出电流中所含的低次谐波分量,并减小共模电压,提出一种基于虚拟电压矢量的五相电压源逆变器空间电压矢量脉宽调制算法(virtualvoltage vectorbasedspacevectorpulsewidthmodulation,V3-SVPWM)。首先,根据伏秒平衡原理,选择相邻4个大矢量按照特定占空比合成有效虚拟电压矢量,选择2个方向相反的大矢量合成虚拟零矢量。然后,使用虚拟电压矢量合成参考电压,计算过程简单,便于数字实现。最后,将所提算法与最近2矢量SVPWM(near-twovectorsbasedspace vector pulse width modulation,NTV-SVPWM)和最近4矢量SVPWM(near-fourvectorsbasedspacevectorpulsewidth modulation,NFV-SVPWM)进行仿真和实验对比研究,验证所提算法的正确性和有效性。     

基于改进的虚拟合成矢量法异步电机三电平矢量控制仿真研究

三电平逆变器中直流侧中点电容电压平衡和过高的电压跳变问题直接影响着逆变器及其电机调速系统的可靠性。在分析合成矢量法的基础上,提出了一种改进的虚拟合成矢量脉宽调制控制方法,不但能够有效抑制输出电压的跳变、减少转矩脉动,而且能有效地实时控制三电平逆变器的中点电压。该方法实现简单,经仿真验证能够较好地解决电压跳变以及转矩脉动问题,同时中点电压亦得到很好的实时控制。     

基于快速空间矢量调制算法的三电平直接转矩预测控制系统

提出一种新颖的基于转矩预测控制+ 快速空间矢量调制算法的三电平中点钳位式逆变器供电的异步电动机直接转矩控制方案.系统中首先使用转矩预测控制算法得到所需施加的定子参考电压矢量,然后基于非正交60°坐标系,利用空间矢量脉宽调制算法选择基本矢量合成所需的参考电压矢量,该算法在基本矢量的选取和作用时间计算方面十分简单.针对电机运行时有功功率的输出导致直流侧电容电压失衡问题,采用先预测、后控制的方式稳定中点电位.仿真结果验证了该控制算法的可行性,三电平直流侧中点电位不平衡、输出电压dv/dt得到了有效地抑制,并获得良好的电机动态和稳态调速特性.     

多电平双移30°永磁同步电机的矢量控制系统

为了进一步提高调速系统的容量,降低输出谐波和转矩脉动,将多电平逆变器与多相电机相结合,给出了五级十一电平级联型多电平逆变器驱动双移30°永磁同步电机的六相调速系统拓扑结构,分析了电压空间矢量在各正交空间的分布,研究了基于双级联型逆变器的四矢量空间矢量脉宽调制（SVPWM）算法。基于Matlab的仿真将级联型多电平逆变器驱动的双移30°永磁同步电机矢量控制系统与两电平逆变器驱动的双移30°永磁同步电机矢量控制系统进行比较,前者的转矩、稳态电流等性能均优于后者,其稳态电流总谐波畸变率仅为2.68%。基于 DSP的实验表明级联型多电平逆变器输出波形接近正弦波,转矩脉动较小,稳态电流谐波含量低,达到了预期的控制效果,从而验证了本文所提方法的可行性。     

基于三电平逆变器的异步电机矢量控制研究

矢量控制使异步电机转子磁链与转矩解耦,可实现对转速、转矩和位置的精确控制,使异步电机具有与直流电机一样的控制特性。三电平逆变器比传统的两电平逆变器有更多的开关状态,有利于输出电压正弦化和向高压大容量发展。研究了基于三电平逆变器的异步电机矢量控制,在参考电压矢量的合成时,选择只包含PO状态的矢量作为起始矢量,既保持了中点电位的平衡,又消除了扇区切换时矢量突变问题。仿真结果表明电机动态、稳态性能优越。     

空间矢量调制的五相Z源逆变器

为了提高传统五相电压源逆变器的直流电压利用率,在两电平逆变器拓扑结构的基础上提出了五相Z源逆变器的电路拓扑结构。逆变器利用Z源网络的升压特性,在开关切换时刻插入直通状态,使直流母线电压升高,从而提高了五相电压源逆变器的直流电压利用率和电压传输比。为减小逆变器输出电压谐波,采用优化的空间矢量调制算法对五相Z源逆变器进行调制,其中通过最小化三次谐波子空间的合成矢量来使输出电压的谐波减小。利用SIMULINK对五相Z源逆变器进行仿真,并采用基于数字信号处理器(digital signal processor,DSP)控制的实验平台对其进行实验验证。仿真和实验结果验证了该逆变器的可行性和调制算法的有效性。五相Z源逆变器能提高逆变器直流电压的利用率,可以用于直流电压受限的场合。     

中点箝位式三电平逆变器空间矢量调制及其中点控制研究

论述一种中点箝位式三电平逆变器SVPWM原理及其实现方法。为避免三电平逆变器在扇区切换中输出矢量突变，提出了一种首发矢量全部采用正小矢量或负小矢量的空间矢量调制算法，利用三个判断规则，可以很方便地确定出参考矢量所在的扇区和小三角形，给出了合成矢量的相应输出电压矢量，推导出三角形顶点工作矢量的作用时间。并提出一种充分利用冗余电压矢量的中点电压控制方法，实现了电容电压的平衡。实验研究结果证实本文提出的调制算法是正确且有效的。     

开关损耗优化的级联型逆变器全区域空间矢量调制策略

利用错时采样技术将级联型逆变器的多电平空间矢量脉宽调制(SVPWM)简化为逆变器各层采样点相互错开,每个采样点仅需控制某层3个功率单元的分解三电平SVPWM调制;通过分析功率单元H桥电路的内在关系,本文从三电平短矢量的6种冗余开关形式中选出一种开关损耗最优的开关动作序列;推导出逆变器正常运行状况下的线性调制策略,以及故障运行状况下维持输出基波电压不变的三电平过调制策略;最后利用傅里叶级数推算出线性调制和过调制区域内输出基波和谐波电压幅值的计算公式。通过样机实验表明,本文提出的调制策略在保证开关损耗最优的前提下,不仅可以应用于线性调制区域,而且也可以应用于过调制区域,同时两个区域内都能保证基波电压的幅值随调制比成线性输出关系。在功率单元直流电压下降或部分功率单元故障旁路时,使用过调制策略可以使系统从线性工作状态平稳过渡到六阶梯波状态,直至六阶梯波时输出最大值;同时,相应过调制算法易于软件实现,是一种适用于级联型逆变器的全区域调制方法。     

三电平逆变器空间矢量调制及其中点控制的研究

论述一种中点钳位式三电平逆变器SVPWM原理及其实现方法。为避免三电平逆变器在扇区切换中输出矢量突变,采用一种首发矢量全部采用正小矢量或负小矢量的空间矢量调制算法,给出了合成矢量的相应输出电压矢量,推导出三角形顶点工作矢量的作用时间。提出一种充分利用冗余小矢量的中点电压控制方法,实现了电容电压的平衡。实验研究结果证实了提出的调制算法是正确且有效的。     

多通道三电平风力发电系统协同控制策略研究

该文研究多通道二极管钳位型三电平风力发电系统控制策略,包括系统正常运行时电机侧和电网侧协同控制及电机绕组、器件故障时的容错运行方法。电机侧采用多相永磁同步发电机,设计基于最优转矩控制和空间矢量解耦的发电机矢量控制策略,提出解耦分组型多相三电平变流器空间矢量调制策略,在转矩产生平面采用前馈补偿电压控制方法消除耦合项,在谐波平面采用闭环比例谐振控制器,补偿电机参数不对称和反电动势引起的谐波电流。电网侧采用多通道三电平变流器并联结构,设计基于无功功率控制、直流侧电容电压控制的控制策略及基于零序电压注入的并联变流器环流抑制策略。此外,论文讨论多通道三电平风力发电系统故障状态下的容错运行方法。通过实验对提出的控制策略的有效性进行验证。     

三电平逆变器空间电压矢量控制算法仿真研究

分析了三电平空间电压矢量调制基本原理,提出了一种首发矢量全部采用正小矢量或负小矢量的空间矢量调制(SpaceVectorMdulation,SVM)算法,给出了小三角形区域判断规则、合成参考电压矢量的相应输出电压矢量的作用顺序和(SpaceVectorPulseWidthMdulation,SVPWM)信号的产生方法,探讨了影响三电平逆变器中点电压平衡的主要因素,并推导了各合成电压矢量的作用时间。用归一法将其他5扇区全部划归一扇区计算。仿真实验结果证实了本文提出的空间电压矢量调制算法的有效性。     

基于五电平空间矢量的并联三电平逆变器新型零共模电压调制方法

共模电压抑制是非隔离型光伏并网逆变器的一个关键问题,但是传统零共模电压调制方法无法同时兼顾消除共模电压和减小输出电流谐波2个方面的性能。该文利用逆变器之间的交互作用,分析并联三电平逆变器的五电平电压输出能力,提出将整个并联系统作为一个五电平设备进行调制的思路。基于该五电平系统中共模电压为零的基本矢量,该文提出一种适用于并联三电平逆变器的新型零共模电压调制方法,推导出详细的调制实现过程,并针对开关序列特性提出相应的中点电压平衡策略。仿真和实验表明,该方法在确保共模电压为零的同时,还能大幅减小并联输出电流的谐波畸变,可有效满足非隔离型并联光伏逆变器对消除共模电压和减小电流谐波的要求。     

T型三电平逆变器馈电双三相PMSM直接转矩控制

提出了一种T型三电平逆变器馈电双三相PMSM驱动系统直接转矩控制(DTC)策略。该系统既具有多相电机转矩脉动小、电流应力小和故障容错能力强的优点,也继承了T型三电平电机驱动谐波性能好、可靠性高的特点。该文所提出的基于双空间矢量调制(SVM)技术的直接转矩控制策略保留了DTC快速动态响应特性。与基于空间矢量解耦(VSD)的SVM技术相比,双SVM技术避免了复杂的矢量合成过程,并具有良好的谐波控制效果。所提出的控制策略还设计了谐波电流闭环控制器,能够有效抑制由绕组不对称、反电动势谐波、死区等非线性因素引起的低次谐波电流。通过实验验证了所提出的T型三电平逆变器馈电双三相PMSM驱动系统DTC策略的有效性。     

三电平逆变器空间矢量脉宽调制及其实现

论述了中点箝位(Neutral-Point-Clamped,NPC)式三电平逆变器空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation,SVPWM)原理和实现方法,为了避免三电平逆变器在扇区切换中输出矢量突变,提出了一种首发矢量全部采用正小矢量或负小矢量的空间矢量调制(Space Vector Modulation,SVM)算法,推导了三角形顶点工作矢量的作用时间。并给出一种利用余电压矢量的中点电压控制方法,实现了电容电压的平衡。实验结果证实本文提出的调制算法是正确可行的。     

空间矢量PWM多相变频调速系统非正弦供电技术

针对多相感应电机正弦供电时直流母线电压利用率低、输出转矩小的问题,建立了多相感应电机非正弦空间电压矢量PWM(NSVPWM)的数学模型,分析了NSVPWM与谐波注入PWM的内在联系,探讨了NSVPWM各个d-q平面参考电压矢量给定问题.以一台九相集中整距绕组感应电机为例,在保持齿、轭部磁密幅值分别相等、定子铜耗相同的前提下,将其分别在SPWM、正弦空间电压矢量PWM和NSVPWM调制策略下的输出转矩进行比较.试验结果证明,采用NSVPWM控制策略时,九相集中整距绕组感应电机输出转矩比采用SPWM时提高了大约6.42%,最后分析了其原因.     

多电平双Y移30°永磁同步电机的矢量控制系统

为了进一步提高调速系统的容量,降低输出谐波和转矩脉动,将多电平逆变器与多相电机相结合,给出了五级十一电平级联型多电平逆变器驱动双Y移30°永磁同步电机的六相调速系统拓扑结构,分析了电压空间矢量在各正交空间的分布,研究了基于双级联型逆变器的四矢量空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法。基于Matlab的仿真将级联型多电平逆变器驱动的双Y移30°永磁同步电机矢量控制系统与两电平逆变器驱动的双Y移30°永磁同步电机矢量控制系统进行比较,前者的转矩、稳态电流等性能均优于后者,其稳态电流总谐波畸变率仅为2.68%。基于DSP的实验表明级联型多电平逆变器输出波形接近正弦波,转矩脉动较小,稳态电流谐波含量低,达到了预期的控制效果,从而验证了本文所提方法的可行性。