基于SHEPWM的级联五电平高频逆变器

高频逆变输出如超声换能器等应用场合,由于输出频率高,采用传统的正弦脉宽调制(SPWM)方式对开关频率的要求极高,单纯通过提高开关频率难以满足输出谐波要求.多电平技术可在低开关频率下获得更好的输出波形,在此将特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)技术应用到级联型高频逆变器的控制中.针对两路级联(五电平)电压型逆变器,提出一种计算相对简单的特定谐波消除模型,称为镜像剩余谐波消除模型.该模型分别对两路级联逆变器单元的输出谐波进行建模,利用第2路逆变器中的谐波作为第1路逆变器谐波的镜像谐波,实现谐波消除.通过仿真和实验验证了该模型的谐波消除效果.结果表明所提模型能够较好地实现特定谐波的消除,相比直接法多电平SHEPWM谐波消除方法具有建模简单、计算方便的优点.     

五电平NPC/H逆变器的三段式SVPWM研究

介绍一种新型五电平中性点箝位(NPC)/H逆变器并研究了基于60°坐标系的三段式SVPWM算法。与七段式SVPWM算法相比,在器件开关频率相同的情况下,该算法的逆变器等效开关频率高,输出电压谐波含量小,器件开关损耗低。利用Matlab仿真软件,对该算法进行研究。为验证该算法,搭建了基于DSP+FPGA的五电平NPC/H逆变器实验样机,实验结果证明了该算法的优点。     

终端级联式三电平逆变器降频调制方法研究

终端级联式三电平逆变器通过两台两电平逆变器输出端经过负载级联而成,与传统二极管钳位型(NPC)三电平逆变器相比,其最大优点在于不需要控制中点电位平衡。但是采用共母线结构的终端级联式三电平逆变器存在零序环流问题,通过改变冗余小矢量的作用时间来实现零序电压在平均意义上的消除,进而抑制零序环流;为降低开关器件的开关损耗,通过交替钳位控制两台逆变器的输出状态,使得开关器件的开关频率降低一半。搭建了仿真模型与实验平台,对该算法进行了仿真与实验验证,结果表明该算法可以兼顾零序环流抑制和开关频率减半。     

一种新型电压型逆变器拓扑结构及其PWM控制方法

多电平逆变器具有功率容量大、输出谐波小、传输损耗低等优点而得到越来越广泛的应用.其主要缺点是电路结构复杂、需要大量的功率元件、控制方法复杂.在传统H桥级联型逆变器基础上,提出了一种新型逆变器拓扑结构.通过采用辅助双向开关,在提高输出电压电平数的同时大量减少功率开关元件的数量,简化了电路结构.并根据新型逆变器拓扑结构的特点,提出了一种阶梯波PWM控制方法,采用特定谐波消除法(SHE-PWM)对逆变器输出电压的低次谐波进行抑制,同时进行了仿真.最后建立一套九电平电压型逆变器试验系统,对拓扑结构和PWM控制方法进行了验证.     

级联多电平逆变器开关角度的研究

为了改善级联多电平逆变器输出电压波形质量,提出了一种优化谐波消除技术。通过控制逆变单元开关角度实现级联多电平逆变器谐波控制,在消除低中频谐波成分的同时寻求总谐波畸变率(THD)最小的一组开关角。建立了仿真和实验模型,对该组角度进行仿真和实验验证,其结果验证了优化谐波消除技术的正确性。     

一种新型9电平升压逆变器

单相小功率光伏并网往往采用先升压再逆变的两级式结构,效率进一步提升受到限制且输出电压电平数较少。研究了一种新型9电平升压逆变器,采用投切电容的方式实现升压和逆变——投切电容式9电平逆变器,可同时完成升压和逆变,为提高系统效率提供有效途径。在分析投切电容式9电平逆变器拓扑工作原理的基础上,采用低次谐波最小原则的阶梯波调制算法。该升压逆变系统具有开关频率低、电压阶梯多、电流质量较好等优点。最后通过软件仿真及硬件实验验证了新型逆变器的可行性及算法的正确性。     

五开关五电平逆变器的载波交错SPWM控制方法

传统五电平逆变器所用开关器件较多,而五开关五电平逆变器简化了拓扑结构。分析五开关五电平逆变器的工作机理,给出其基于载波的SPWM控制的思路,进而提出五开关五电平逆变器的载波交错SPWM控制方法与FPGA实现手段。通过载波周期性正、负交错,采用调制波分层、分区的正弦脉宽调制方式,获得五电平输出电压的开关控制信号。仿真结果从理论上证明其开关损耗小,输出电压的谐波特性与H桥级联型一致。实验结果表明其在整个幅值调制比范围内都适用。仿真与实验结果验证了五开关五电平逆变器的载波交错SPWM控制方法的可行性与有效性。     

单电源自均压九电平逆变器及其调制策略

在分布式可再生能源发电系统中,传统多电平逆变器存在电路结构复杂、功率器件多、控制复杂等缺点。针对上述问题,提出一种基于开关电容结构的单电源均压九电平逆变器,该逆变器由开关电容网络、辅助双向开关以及全桥单元组成。基于开关电容结构的串并联转换工作,所提逆变器能够以较少的功率器件产生更多的输出电平,拓扑结构简单、输出谐波含量低。逆变器电容自均压的优点简化了控制算法,并且单电源输入的特点拓宽了其应用范围。采用特定谐波消除法对逆变器进行调制,进一步减小了输出电压谐波含量,降低了器件的开关频率。最后,通过实验对所提逆变器的稳态及动态工作性能进行验证分析,证明该逆变器及其调制策略的正确性与可行性。     

C28x+CLA高频数字控制逆变器的研究

针对数字低频控制的两电平双Buck半桥逆交器(DBHBI)系统输入电压利用率低、滤波器件体积大、输出波形谐波大的问题,研究一种C28x+控制率加速器(CLA)高频数字控制的单极性调制三电平双Buck全桥逆变器(DBFBI)。用工频开关桥臂取代半桥逆变器中的输入均压电容,拓扑全桥结构有效提高输入电压利用率。桥臂三电平输出降低了输出谐波含量,输出波形更逼真;开关管采用高频数字化控制,降低输出滤波器件体积和重量的同时,保持高效和高可靠性。仿真和实验验证了以上分析的正确性和可行性。     

一种基于倍压电路的七电平单相逆变器设计与仿真

本文针对单电平逆变器输出电压总谐波失真大的问题,提出一种新颖的七电平逆变器拓扑结构。通过控制Mosfet的开关完成调节母线电压的功能,实现了七电平单相逆变器。相比于传统的七电平逆变器本拓扑使用较少的开关管,并减小部分开关器件的电压应力有效降低了开关损耗,提高了系统的稳定性。同时本系统电压增益可达到3~30倍宽范围稳定增益,尤其适用于低输入电压下的逆变器。最终本文通过PSIM搭建仿真电路验证了系统的可行性。     

具有低开关频率特性的指定谐波抑制预测控制方法研究

为了避免器输出波形中低次谐波对孤岛型微电网的电压质量产生严重影响,需尽可能减少其谐波失真含量。同时,为提高逆变效率,还需降低开关损耗,令逆变器保持在低开关频率的工况下。模型预测控制相较于脉宽调制策略的灵活性更高,动态性能更好,常与其他优化算法结合,以获得所需控制效果。因此,该文提出一种具有低开关频率特性的预测控制指定谐波抑制开关策略,采用该策略可以减少输出电压信号低次谐波含量,有效抑制谐波畸变,同时可以有效降低系统的开关频率。针对未来时刻电压状态谐波提取相互独立的特点,将并行计算方法的思想引入预测控制中,提高系统的在线实时性。在两电平逆变器实验平台上进行测试,验证了该方法的正确性以及控制策略的有效性。相比指定谐波消除脉宽调制策略,所提方法能在线实时生成稳定的逆变器开关序列,证明了该控制策略不仅能在低开关频率工况下有效抑制低次谐波,而且具有良好的动态性能。     

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。     

一种混合9电平电压源逆变器及其变频脉宽调制

介绍了一种应用于中高压变频调速装置的9电平输出电压源逆变器，逆变器的主电路由2种不同拓扑结构的逆变电路组成，分别使用不同参数的开关器件实现，可以综合利用阻断电压高的器件和开关速度快的器件的优点。分析了逆变器主电路的拓扑结构及特点，研究了主电路的开关模式后提出了一种基于载波调制的适合于任意电平数目混合逆变器的PWM(脉宽调制)算法，最后仿真研究了混合9电平逆变器在变速驱动场合中的应用，并验证了算法的有效性。对线电压的频谱分析表明，混合9电平逆变器有很好的输出波形，输出谐波含量少，在高频段输出线电压的总谐波畸变率小于5％，输出电压的dv／dt小，可用于驱动大容量的中高压异步电动机。     

有源钳位型三电平特定谐波消除调制方法研究

有源钳位型三电平逆变器可以实现功率器件损耗的平衡分布,均衡功率器件结温,间接提高逆变器的容量。特定谐波消除法具有波形质量高、开关损耗低的特点。本文提出了一种有源钳位型三电平逆变器的特定谐波消除调制方法,能够同时兼顾输出电压波形质量、开关器件的损耗和结温的均衡分布,在保证输出电压谐波特性的前提下降低逆变器开关频率,提高逆变器的设备容量。对所提出调制策略进行了损耗和结温的仿真分析,并在实验平台上进行了实验验证,仿真和实验结果验证了本文调制策略的有效性。     

基于多电平随机脉宽调制技术的共模电压和谐波抑制方法

在PWM电机驱动系统中,多电平逆变技术可以降低系统中的共模电压和谐波含量,但是由于开关频率是固定的,在开关频率处的谐波仍很大。随机开关频率空间矢量调制技术可以通过对零矢量的控制,实现对共模电压的抑制,并且开关频率的随机化,使得开关频率处的幅值较大的谐波分散为一定带宽的幅值较小的谐波,降低了谐波的幅值。给出了混合型七电平逆变器的拓扑结构及控制方法,将高压单元的低频输出和低压单元的高频输出进行叠加,实现七电平的电压输出。分析了不同的开关状态对共模电压的影响,提出了用于共模电压抑制的矢量选择方法和用于降低谐波的开关频率随机化方法,仿真和实验结果显示,多电平逆变技术和随机脉宽调制技术的结合使用,大大降低了系统的共模电压和开关频率处的谐波分量。     

电网电压含低次谐波且不平衡下的SHEPWM算法与滤波器设计方法

由于选择性谐波消除调制(SHEPWM)算法同时具有开关频率低和输出谐波性能好的特点,因此SHEPWM算法非常适用于高电压大功率的并网逆变器。然而,目前几乎所有关于SHEPWM的研究都是基于理想电网的。电网中的电压不对称和低次谐波都被忽略了,而这些对SHEPWM性能影响非常大。基于三电平并网逆变器的拓扑,研究了SHEPWM在非理想电网电压情况下的特点。并且提出了一种改进的SHEPWM算法来解决电网电压不对称的问题,同时提出了一种新的滤波器设计方法来减小电网电压低次谐波的影响。最后仿真结果证实了所提出方法的有效性。     

二极管钳位型三电平逆变器共模电压抑制

二极管钳位型(NPC)三电平逆变器是一种应用广泛的多电平逆变器结构。中点电位不平衡是NPC三电平逆变器固有的缺点。传统虚拟空间矢量调制(NTV2)能在输出电压全范围内控制中点电位平衡,但其产生的共模电压较大。针对上述缺点,提出了一种新型NTV2方法,选用产生共模电压较小的基本电压矢量合成新的虚拟小矢量和虚拟中矢量。同时,提出相占空比法,降低了新型NTV2方法的开关频率,使其开关频率固定。仿真和实验结果验证了新型NTV2方法能够有效地抑制共模电压,且在输出电压全范围内控制中点电位平衡。     

NPC/H桥逆变器调制策略及其中点电位控制

以中点钳位型H(neutral point clamped H,NPC/H)桥逆变器为对象,研究该拓扑调制策略中存在的算法繁琐、直流侧电容电压波动问题。在分析了NPC/H桥五电平逆变器主电路工作原理的基础上,为简化空间矢量脉宽调制（space vector pulse width modulation,SVPWM）算法和抑制低开关频率下逆变器输出畸变,设计了一种基于g-h坐标系的三段式SVPWM算法。该算法开关状态选择灵活,具有开关损耗低、谐波性能好的特点。基于SVPWM算法,分析直流侧电容电压波动原因,根据电流方向和电容电压差,合理选择左、右桥臂的开关状态,平衡电容中点电位。搭建Simulink仿真模型,对比不同开关频率和不同调制度下逆变器输出性能,验证了三段式开关序列在低开关频率工况下的明显优势。基于以数字信号处理器和现场可编程门阵列（digital singnal processor and field-programmable gate array,DSP&FPGA）为控制器的NPC/H桥五电平逆变器实验平台,验证了三段式SVPWM策略和中点电位控制方法的有效性。     

固定共模电压的虚矢量模型预测控制仿真研究

在电机驱动系统中,共模电压的波动会产生高频谐波和漏电流。针对这一问题,提出了一种带预选矢量集的虚矢量模型预测控制(PDO-FCS-MPC)方法。这种方法有效抑制了共模电压的波动,并且尽可能的平衡了开关损耗和输出波形质量之间的关系。通过对三相二电平逆变器的仿真分析,对于不含虚矢量的远端状态脉宽调制(RS-PWM),在共模电压被固定的同时,逆变器的开关频率为12233 Hz,输出相电流的总谐波失真(THD)为5.96%。在不带预选矢量集的虚矢量模型预测控制(DO-FCS-MPC)下,逆变器的开关频率为22177 Hz,输出相电流的THD为2.56%。而在使用PDO-FCS-MPC这种控制策略时,逆变器的开关频率变为了13200 Hz,输出相电流的THD为3.83%。根据仿真结果,可以得到PDO-FCS-MPC这种方法能在固定共模电压的同时,更有效的平衡逆变器开关损耗和输出波形质量之间的关系。     

级联H桥多电平逆变器的新型SHEPWM开关方案

级联H桥多电平逆变器因其不存在电容电压均压问题,且各单元结构相同,易于模块化和扩展,具有电压冗余等特点,而得到了广泛应用。此处针对其多波段调制模式及特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)传统开关方案存在功率不平衡问题,提出一种新的开关方案,该开关方案利用相电压冗余性,调整B,C波段模式调制下各单元电平输出。新开关方案使各波段输出功率更均衡,理论分析和实验验证了该开关方案相对传统方案的优越性,对级联型多电平逆变器具有一定的实际意义。