采用三次谐波注入法的多电平级联H桥逆变器

阐述了级联H桥七电平逆变器拓扑结构和工作原理,分析了比较多电平逆变器常用PWM调制技术的优缺点,得出采用三次谐波注入方法控制多电平逆变器具有两个突出优点:电压调制度可以达到1.15;由N个单元组成的H桥逆变器的负载电压等效开关频率是每个单元开关频率的N倍.通过Matlab/Simulink仿真软件和DSP实验装置对三次谐波注入法多电平逆变器进行了仿真和实验研究,结果验证了该方法的正确性和可行性.     

一种多电平逆变器故障诊断与容错控制策略

针对逆变器开关元件的开路故障,提出一种级联H桥多电平逆变器故障诊断与容错控制策略。 在不改变级联H桥多电平逆变器电路拓扑的情况下,通过快速傅里叶变换(fast fourier transform, FFT)和主元分析(principal component analysis, PCA)对逆变器原始开路故障数据进行了预处理和特征提取,构建贝叶斯网络(Bayesian network, BN)对级联H桥多电平逆变器开关元件的故障进行快速诊断,根据诊断的结果,基于变载波和调制波电压重构容错控制方法,使逆变器输出电压仍能满足系统平稳运行的要求,通过仿真与试验验证了该策略具有良好的诊断及容错控制性能。     

载波调制的三电平光伏逆变器共模电压抑制研究

针对中高压大功率三电平光伏逆变器应用中共模电压的负面效应,分析其产生机理,结合同相载波调制策略对逆变器共模电压的抑制效果,通过改进开关序列组合,提出一种改进的反相载波调制策略,该策略有效地将三电平光伏逆变器共模电压减小为同相载波调制策略下的一半,仿真和实验结果证明了所提出的改进的可行性和对共模电压抑制的有效性．     

三电平逆变器中点电位偏移的抑制方法研究

参照两电平逆变器矢量合成算法,对三电平逆变器空间电压矢量脉宽调制算法进行了推导,在分析空间电压矢量作用顺序基础上,根据每个调制周期内中矢量均参与矢量合成,而中矢量的两个开关状态对中点电位偏移有较大影响的特点,提出了抑制中点电位偏移的措施,即依据直流链电容中点电位漂移的情况,调整中矢量两个开关状态的作用时间,保持逆变器的直流电压平衡,试验结果验证了方案的有效性。     

4种模块化多电平逆变器调制策略对比分析

介绍了模块化多电平逆变器,分析了环流抑制方法以及子模块间电容电压平衡策略.在多电平结构的调制策略中,选取载波重叠调制方式、最佳电平逼近调制方式和载波移相调制方式以及一种PWM(pulse width modulation)和最佳电平逼近相结合的混合调制策略,在Matlab/Simulink中搭建三相带对称负载逆变系统仿真平台,改变调制策略得到相关结果和参数,得到了输出电压波形的波形图和FFT(fast Fourier transformation)分析结果,分析了其谐波成分的不同规律,相互比对后发现从不同的标准来衡量调制策略的优劣时,排序结果有差异,为根据实际情况适合采用哪种调制策略提供参考.     

一种三电平光伏并网逆变器SVPWM的优化算法

三电平逆变器具有耐压等级高、谐波含量低、开关损耗小等优点,应用于光伏并网发电领域能提高系统的容量和效率,但是其空间矢量调制（SVPWM）存在运算复杂、实现困难等问题.文章介绍了三电平光伏并网逆变器的主电路结构和工作原理,并针对其SVPWM算法的复杂性,提出一种三电平SVPWM的简易算法,将三相正弦调制波修正到两电平下,利用零序分量注入法实现两电平下的SVPWM调制并反修正到三电平,使得运算量大为化简.搭建10kW三电平光伏并网逆变器实验平台,实验结果证明了本文提出的简易调制策略的正确性.     

适用于直流配电网中MMC的电平数倍增混合调制策略

模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)应用于中压直流配电网时子模块数目较少，沿用直流输电系统中的最近电平逼近调制策略会导致电流畸变严重、输出电压质量差等问题。为此，分析了MMC已有的调制策略原理，并在此基础上提出了一种适用于中压直流配电网的电平数倍增混合调制(double multiplication hybrid modulation, DMHM)策略。该调制策略通过对上、下桥臂电压参考波采用不同的取整函数并叠加PWM波，使电平输出拓展至2N+1;此外，DMHM根据电容电压排序结果决定子模块工作模式，任意时刻每相仅一个子模块工作在PWM模式下，能有效均衡电容电压，控制更为简单。最后，搭建的MATLAB/Simulink仿真验证了DMHM应用于中压直流配电网的有效性，相比于传统的调制策略，DMHM能降低谐波含量，且开关损耗与开关频率远小于CPS-PWM调制。     

新型单电源两级逆变器及其调制策略

研制一种新型单电源供电两级逆变器电路,该电路拓扑结构包括2个并联的Boost变换器的前级电路和三电平逆变后级电路,采用对称平顶波DPWM1作为后级电路的调制波形,分析直流侧四路电平的电流关系和前级电路工作的原理;并分析不同电平下该逆变器拓扑结构电路的工作原理和控制策略;仿真分析结果验证了该电路的正确性和可行性,表明该电路具有工作电压范围宽,成本和损耗低、使用价值高等优点。     

一种应用于低电平MMC的混合调制策略

针对太阳能及风能发电中低电平模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)存在高谐波、高开关频率等问题,提出一种新型MMC混合调制策略.该调制策略引入开关函数和子模块电容电压的瞬时状态,借助载波调制的参考电压修正量,改善原有输出电压波形,降低开关损耗及电压波动.Matlab/Simulink仿真结果表明,该调制策略可以实现预期效果,同时可以明显降低谐波畸变率,具备较好的基波及谐波特性.     

基于一致渐近稳定观测器的模块化多电平变流器控制系统设计

为了实现模块化多电平变流器(MMC)各模块之间电容电压均衡,减少电压传感器数量,设计非线性的降维状态观测器,并提出基于该观测器的系统控制方法.依据三相MMC拓扑结构,以三相环流、交流输出电流和所有模块电容电压为状态变量,建立状态空间模型. 结合模型,提出观测器的设计方法,该观测器通过测量MMC电路中6个桥臂电流和6个桥臂投入模块总电压,结合开关信号观测得到各模块电容电压. 利用无源理论和持续充分激励条件,证明在载波移相调制策略和最近电平调制策略下,观测器误差模型是一致渐近稳定的. 以该观测器为基础,设计MMC功率电流双闭环控制器. 通过搭建的仿真模型验证所设计观测器的观测值能够准确跟踪实际值,系统鲁棒性和动态性能较好.     

半桥三电平LLC谐振变换器的调制方法

为了得到适合高输入电压、宽增益范围应用的优选拓扑,从混合调制方法的角度对4种常见的半桥三电平LLC拓扑进行分析和对比.混合调制策略可以在不改变谐振腔参数、不增加额外元器件的前提下,使LLC谐振变换器的增益范围加倍.使用穷举法分析各三电平结构所有可能的具有零电压开关特性的调制方法,按照调制自由度和直流增益的不同分为高增益频率调制、低增益频率调制和脉冲宽度调制3大类.对比从元件的数量与应力、自动均压能力和对调制方法的兼容性3个方面进行展开,结果表明,桥臂串联型全桥拓扑具有最优的综合性能.实验结果验证理论分析的正确性.     

Research of Wavelet Modulation for Single-Phase Three-Level Inverter

单相三电平逆变器小波调制策略的研究

刘洪臣,范国磊,苏振霞

（哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院,哈尔滨150001）

创新点说明：

提出了单相三电平逆变器的小波调制策略,提高了输出电压的基波含量,降低了输出电压的谐波含量。

研究目的：

将小波调制应用于三电平逆变器中,降低输出电压中的谐波含量。

研究方法：

1.小波调制策略从两电平逆变器扩展到三电平逆变器;

2. 通过理论分析三电平逆变器小波调制策略的输出电压基波和谐波含量,证明其方法的优越性;

3. 通过仿真和实验对所提方法的正确性进行了验证。

结果：

基于小波调制的三电平逆变器的输出电压的基波含量高,谐波含量低;

结论：

三电平逆变器小波调制的输出电压谐波含量小、基波幅值大,能很好的改善输出电压质量,并且开关频率低,算法简单,易于实现。对于小波调制策略而言,研究表明小波调制总采样组数D与电压谐波畸变率存在非线性关系,因此当选择适当的采样组数D时,逆变器的开关频率、开关损耗及谐波畸变率将很小。

关键词：小波调制;三电平逆变器;谐波含量;基波

     

SPWM逆变器计算机辅助分析

随着各种复杂调制策略在SPWM逆变器中的应用，许多逆变器波形生成越来越依赖于数字系统。与模拟系统的主要区别是在数字系统中用采样-保持波形来近似模拟调制波形。本文详细描述了采样-保持调制波形与三角形载波相比较来生成SPWM波形开关时刻的计算方法，其中包括对称规则采样法和非对称规则采样的开关时刻的计算以及调制比小于1和调制比大于1的情况下开关时刻的计算。采用傅立叶级数的形式描述了其输出电压。对各种SPWM逆变器输出波形仿真分析结果表明：该方法不仅可以用于生成SPWM波形驱动功率器件，而且还可以对SPWM逆变器进行仿真和分析复杂的调制策略下的输出波形特点。     

双三电平STATCOM的建模与仿真分析

利用开关函数的概念,建立了由2个三电平逆变器和1个输出耦合变压器构成的双三电平STATCOM的数学模型,并对其直流电压波形和交流侧输出电压和电流波形进行了仿真分析.仿真结果表明在工频方波调制方式下,通过合理选择电感和电容参数可获得谐波含量较小的电压和电流波形,从而可用低频大功率开关器件构成开关损耗尽可能小且对电网谐波污染小的高压大容量STATCOM装置.同时,所建立的数学模型及分析方法可推广应用于其它类似结构的电力电子电路的理论分析与仿真研究中.     

一种提高风力发电系统稳定的方法研究

提出了两种级联多电平逆变器拓扑结构,第一种是混合级联逆变器,第二种是基于二极管钳位型的级联逆变器。在载波移相SPWM技术的基础上,利用MATLAB/SIMULINK对两种级联逆变系统进行建模及仿真。结果表明:混合级联逆变器和二极管钳位型的级联逆变器在输入较低的du/dt和较高的等效开关频率时,都可以输出高电压低THD的波形,在风力发电系统有很好的应用前景。     

四电平二极管箝位逆变器调制方法的比较

随着高压技术的发展,逆变器的容量要求越来越高,由于电力电子器件的限制,传统的两电平逆变器的容量已经很难达到大功率的要求.因此各国的科技工作者不断地提出了各种性能优越的新型多电平逆变器拓朴结构.介绍了四电平中点箝位逆变器的拓扑结构、特点以及工作原理,并对电压移位调制PWM技术中的IPD、POD和APOD3种排列方式及原理进行了详细说明.通过仿真和实验研究,给出了3种排列方式下电流iA、相电压VAN和线电压VAB的仿真波形和频谱图.     

一种带耦合电感和充电泵的单级式高增益光伏微逆变器拓扑

传统的双级式微逆变器通常由一级具有最大功率点跟踪功能的高增益DC-DC变换器和一级全桥逆变器串级组成。单级式微逆变器可以在一级功率拓扑中实现上述功能,因而具有结构简单、器件少的优势。然而,单级式拓扑在高增益升压、功率解耦方面给设计工作带来了挑战。提出一种带耦合电感和充电泵的单级式高增益微逆变器拓扑,引入耦合电感和充电泵实现高电压增益;利用Boost变换器与全桥逆变器共用开关管实现单级式拓扑;同时保留了高压直流母线,从而可以减小解耦电容容值。仿真和实验结果验证了该拓扑具有较高的电压增益、较小的解耦电容、高质量的正弦输出、以及较高的变换效率。     

双三电平STATCOM的建模与仿真分析

利用开关函数的概念，建立了由2个三电平逆变器和1个输出耦合变压器构成的双三电平STATCOM的数学模型，并对其直流电压波形和交流侧输出电压和电流波形进行了仿真分析．仿真结果表明在工频方波调制方式下，通过合理选择电感和电容参数可获得谐波含量较小的电压和电流波形，从而可用低频大功率开关器件构成开关损耗尽可能小且对电网谐波污染小的高压大容量STATCOM装置．同时，所建立的数学模型及分析方法可推广应用于其它类似结构的电力电子电路的理论分析与仿真研究中．     

容错型牵引电机驱动系统的间接定子量控制

针对基于三相四开关容错逆变器的电力牵引传动系统,提出牵引电机的间接定子量控制方案.采用间接定子量算法生成参考电压矢量,以固定逆变器开关频率和减小电磁转矩脉动;通过含有饱和限幅环节的改进型磁链观测器抑制定子磁链的积分漂移.针对三相四开关空间电压矢量的特殊性,给出了容错逆变器SVPWM调制算法;考虑到容错逆变器直流侧电容中点电压不平衡的问题,建立了中点电压补偿模型,提出了一种基于PID调节器的补偿方案.通过MATLAB/Simulink仿真实验证明了所设计的基于三相四开关容错逆变器的牵引电机间接定子量控制方案的可行性和有效性.     

矩阵式AC/DC变换器研究

对三相/三相矩阵变换器进行变换,得到一种衍生的AC/DC变换器拓扑。采用电流型空间矢量调制策略,推导出在该调制策略下的输出电压的表达式。通过在拓扑中加入一个谐振电感和隔直电容,使得双向开关器件可以实现软开关换流,并详细分析了换流过程。将控制算法建立在以电源电压矢量定向的dq同步旋转坐标系中,改变调制矢量实现功率因数调节。仿真结果验证了理论和控制方案的正确性和可行性。