三电平矩阵变换器的电路拓扑与控制策略

多电平矩阵变换器(MMC)是在传统矩阵变换器(CMC)和多电平逆变器的基础上提出的一种新颖的电力变换装置,区别于以往将三电平矩阵变换器用两电平运行的调制策略,提出了三电平矩阵变换器的三电平运行调制策略,并可以推广到多电平。介绍了三电平矩阵变换器拓扑电路的生成,分析了构成拓扑电路的H桥开关单元工作状态,并详细地讨论了支路连接操作规律和开关单元操作规律。论述了基于空间矢量调制原理所产生的19个基本空间矢量及其构成的六边形空间矢量图,并提出了三电平运行时的调制策略。构建了Matlab/Simulink的三电平矩阵变换器的仿真模型,进行了仿真试验。仿真结果验证了调制策略的正确性,输出线电压形成5个电平的正弦波形,比传统的二电平矩阵变换器的输出波形更接近正弦波,谐波含量更低。     

多电平矩阵变换器的控制策略研究

提出了一种新颖的多电平矩阵变换器,介绍了其拓扑结构、工作原理和空间矢量调制技术.维持变换器内开关单元中点电容电压恒定和选择适当的控制策略,能在变换器两侧合成期望的可控正弦输入/输出电压.最后,对多电平矩阵变换器进行了仿真,验证了变换器的良好性能.     

多电平变换器PWM控制技术发展现状

多电平PWM控制技术一直是多电平变换器研究的核心内容之一。基于传统两电平PWM技术研究的经验,经过近十几年的发展,多电平PWM控制技术已形成了几类不同的实现方法,同时新的控制方法还在涌现。与两电平相比,多电平PWM方法需要面对一些新出现的问题,并拓展PWM控制的内涵,进而形成新的PWM控制思路。按照目前的发展情况,多电平PWM控制方法一般有多电平载波PWM方法、多电平空间矢量PWM方法,以及其他优化的PWM方法。本文对已有多电平PWM控制技术进行了归纳和分析,最后指出多电平空间矢量法和载波调制法在一定条件下具有内在的一致性。     

大容量多电平变换器PWM控制技术现状及进展

多电平PWM控制技术是多电平变换器研究的核心内容之一。基于传统两电平PWM技术的研究经验,经过近十几年的发展,多电平PWM控制技术已形成了几类不同的实现方法,同时新的控制方法还在涌现。与两电平相比,多电平PWM控制需要面对一些新的问题,拓展PWM控制的内涵,进而形成新的PWM控制思路。按照目前的发展情况,多电平PWM控制方法一般有多电平载波PWM方法、多电平空间矢量PWM方法,以及其他优化的PWM方法。本文对已有的多电平PWM控制技术进行了归纳和分析,最后指出多电平空间矢量法和载波调制法在一定条件下具有内在的一致性。     

使用空间矢量调制的三电平矩阵变换器控制策略

在传统矩阵变换器和三电平逆变器的基础上,从多电平矩阵变换器的拓扑结构和工作原理出发,介绍用空间矢量调制策略实现这种新颖的多电平矩阵变换器三电平变换的方法和具体步骤,给出了以Matlab/Simulink为工具的仿真结果,验证了该方法的可行性以及三电平矩阵变换器的良好性能,对进一步研究多电平矩阵变换器有一定的参考价值。     

多电平载波PWM法与SVPWM法之间的本质联系及其应用

在理论分析的基础上建立了三电平三角载波PWM法和空间电压矢量PWM法之间的本质联系,其关系完全类似于两电平中两者之间的关系,以此为依据,可将两电平开关损耗最小PWM法推广应用于三电平,并最终实现了三电平开关损耗最小和中点电压平衡的协调控制。     

一种基于三电平矢量调制波的多电平调制方法

以五电平为例简述了多电平空间矢量调制（SVM）的实现方法,在此基础上分析了多电平SVM与多电平载波调制的联系和区别,指出多电平SVM比载波调制在开关组合的选择上更加灵活,使得多电平SVM更有利于输出电压波形的优化和输入直流侧的功率平衡,但是多电平SVM的实现相对复杂。因此文中提出了一种改进的多电平调制方法,该方法基于三电平矢量调制波,折衷了多电平SVM和载波调制的优缺点,既利用了SVM在调制波过零点附近增加开关次数来减小输出电压波形畸变的优点,又可以通过三电平矢量调制计算出调制波,使用载波调制的方法实现,使得该方法的计算量不会随着电平数的增多而大幅度增加。所建立的五电平实验模型验证了该方法确实可行。     

基于滑动平均算法的模块化多电平变换器解耦控制策略

模块化多电平变换器（MMC）是一种具有诸多优势的电力电子变换器。然而,由于MMC的结构特点,子模块电容会周期性进行充放电,因此子模块电容电压会不可避免地出现波动,而电容电压纹波会使MMC输出电压恶化,总谐波畸变率(THD)升高。针对该问题,提出了一种基于滑动平均算法的电容电压解耦控制策略。采用所提策略,不仅子模块电容电压可达到较好的平衡效果,还能消除子模块电容电压纹波对输出电压的影响。通过仿真和实验,验证了所提方法的有效性。     

多电平变换器PWM控制技术研究现状综述及最新进展

近年来,多电平变换器成为高压、大功率电力电子系统应用领域的一个研究热点,而多电平脉宽调制PWM(pulse width modulation)控制方法是多电平变换器研究领域的核心问题之一.首先,阐述了3种载波PWM控制方法,并根据不同的控制指标介绍了各类优化载波PWM控制方法;其次,介绍了传统空间矢量脉宽调制SVPWM...     

多电平变换器拓扑关系及新型拓扑

多电平变换器在高压大容量电力电子及交流调速系统中已经得到了广泛应用.本文对多电平发展的历程进行了回顾,分析了多电平拓扑结构之间的联系,提出了通用多电平拓扑简化成其他多电平拓扑所要遵循的规律.在此基础上,提出了两种新的拓扑结构,并对其工作原理和控制方法进行了仿真研究.仿真结果验证了所提出的拓扑和控制方法的可行性,也进一步...     

多电平逆变器载波调制与空间矢量调制的等效关系

目前对于载波调制和空间矢量调制这两种调制方法之间的关系在多电平领域尚缺乏系统的理论分析与比较。文中在一种通用的多电平空间矢量调制算法的基础上,对多电平空间矢量调制和载波调制方法的开关状态及其作用时间分别进行了详细的解析分析,系统地研究并证明了当采用同样的参考电压时,两种方法之间是完全等效的,并且分析方法和结果普遍适用于任意电平数目的情况。进一步分析了这两种调制方法之间等效关系的本质,通过具体试验结果和应用示例验证了这种等效关系并说明了这种等效关系的意义。这两种多电平调制方法之间的等效关系将使多电平脉宽调制控制策略可以在一个统一的体系下进行研究。     

混合级联多电平变换器SHEPWM方法的仿真

研究了混合级联多电平变换器的特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)技术，针对1／4周期对称的混合级联多电平SHEPWM问题，提出了一种使用具有均匀电平的通用多电平SHEPWM方法求取预期的输出电压波形，然后采用混合级联多电平电路来实现所需电压和功率输出的解决办法。以两级混合级联多电平电路为例，对混合级联多电平逆变器的SHEPWM方法进行了仿真研究，结果证明：混合级联多电平SHEPWM非线性方程组形式和求解过程与通用的均匀电平多电平变换器一样简单，易于收敛；适用于通用均匀电平多电平变换器的SHEPWM非线性方程组求解问题的结论，完全适用于混合级联多电平变换器；直流母线电压利用率很高，电压调制比可以达到1．158；SHEPWM法的谐波消除效果非常理想，输出电压波形质量高，是混合级联多电平变换器的一种非常有效的控制策略。     

模块化多电平变换器拓扑的通用控制方法

针对现有模块化多电平变换器(MMC)拓扑结构繁多、控制策略通用性差的问题,此处提出了一种MMC拓扑的通用控制方法.首先针对MMC的典型拓扑结构进行了拓扑分析并分类,典型拓扑包括MMC、模块化多电平矩阵变换器(MMMC)和六角形模块化多电平AC/AC换流器(Hexverter).然后通过基于状态空间表示的电流控制和支路能...     

模块化多电平变换器输出电流谐波优化调制策略对比与分析

在模块化多电平变换器中广泛使用了最近电平逼近调制与载波移相脉宽调制。当子模块数较少时,输出电流谐波含量高,通过优化调制策略来改善输出电流的谐波含量具有重要意义。本文首先对比分析了输出2N+1电平最近电平逼近、滞环控制原理最近电平逼近、改进型载波移相脉冲宽度调制、混合型最近电平逼近-脉冲宽度调制以及一种无差拍电流控制调制的工作原理和工作特点;然后,在Matlab/Simulink平台搭建5种调制策略在子模块数较少时的仿真模型;其次,针对阀控周期、子模块数、开关频率以及电感值等参数对模块化多电平变换器输出特性的影响,分析了不同调制策略之间输出电流谐波特性的差异及共模电压等;最后,总结了5种调制策略各自的特点和适用场合。     

多电平功率变换器主电路拓扑结构综述

主电路拓扑结构是多电平功率变换器研究的关键内容之一。中高压功率变换器高电压、大容量的特点,客观上决定了其主电路由较多的主开关器件组成,主电路构成元件的增加决定了其拓扑结构的丰富多样。本文对近年来多电平变换器的主电路拓扑结构的发展进行了较为详细的综述研究,对其发展趋势进行展望,认为除了采用传统的依靠灵感和经验来发展新拓扑外,更重要的是寻找一种严密、科学、系统的拓扑发展方法,从而找到多电平功率变换器的拓扑结构的完善集,并根据实际应用研究具体拓扑的最优化方案,以实现高性能、高可靠、低成本的功率变换系统。     

链式多电平变换器特定谐波消除脉宽调制方法研究

链式多电平变换器调制方法中,特定谐波消除脉宽调制SHEPWM(SelectedHarmonicElimi-nationPulseWidthModulation)具有输出波形质量高、消除谐波效果好、直流电压利用率高等优点。研究了链式多电平变换器的SHEPWM技术,针对其1/4周期对称的阶梯波形,给出了一种每个H桥开关频率相同的控制方法,同时列出了该方法下的链式多电平变换器的SHEPWM通用非线性超越方程组,重点提出了利用单个H桥的开关角度叠加求取初值的方法。以5电平链式多电平变换器为例,通过Matlab仿真证明了结论的正确性。     

单相变换器简化多电平SVPWM算法

针对单相五/七电平变换器空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法实现过程复杂的问题,提出一种简化的空间矢量脉宽调制算法。该简化算法通过将单相五/七电平SVPWM算法中的参考空间电压矢量分解成为偏移矢量和单相三电平SVPWM中的空间电压矢量,从而将单相五/七电平SVPWM算法简化为单相三电平SVPWM算法。相比于传统单相多电平SVPWM算法和现有对实现流程简化的单相多电平SVPWM算法,所提出的简化算法分析简便,计算复杂度降低,占用的控制器资源较少,并且可以较为容易地实现电容电压平衡。基于现场可编程阵列(FPGA)设计了单相级联H桥(CHB)和二极管箝位(NPC)五/七电平逆变器传统和简化SVPWM算法,验证了所提简化算法的正确性和有效性。     

一种改进的CHB多电平变换器PWM调制策略

级联H桥CHB(cascaded H-bridge)多电平变换器是中压大功率电机驱动系统最广泛采用的拓扑,传统LS-PWM和PS-PWM不能很好地兼顾输入、输出电流的谐波性能,对比了CHB多电平变换器在这两种调制策略下的输入和输出THD,分析了两种方法下输入、输出波形产生区别的本质原因,进而探讨了一种局部载波移相PWM调制方法。该方法吸收了两种调制方法的优点,发挥PS-PWM调制时模块功率均衡和网侧输入电流谐波低的特点以及LS-PWM输出电能质量好的特点。最后,搭建了三相七电平CHB变换器实验平台,对局部载波移相PWM调制策略进行了验证。     

多电平变换器简化虚拟矢量PWM及应用

二极管钳位型变换器存在着直流母线电容电压不平衡的问题,对于多电平(>3)拓扑,传统空间矢量PWM在单位功率因数且调制比高于0.55时无法实现中点电压平衡,已有的虚拟矢量PWM随着电平数的增多计算负担急剧增加。针对这一问题,该文提出一种简化虚拟矢量PWM算法,通过组合2个或多个相邻的开关状态来定义新的虚拟开关状态,使得每个虚拟开关状态下流过所有中性点的电流相等,从而保证理想稳态条件下中点电压的自平衡。另外,简化虚拟PWM将任意电平的空间矢量图转换为三电平空间矢量图,简化了子扇区的辨识和占空比的计算。对五电平二极管钳位型变换器的仿真和实验结果表明,简化虚拟矢量PWM可以在全调制比和全功率因数范围内实现直流母线中点电压平衡,验证了该算法的有效性。     

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。