级联H桥多电平变频器技术研究

随着中高压变频器在工业变频领域广泛应用,级联H桥多电平变频器采用模块化设计理念,通过多个相同的低压变换单元级联起来实现高压及大功率的功能。为此介绍一种每相由8个H桥变换单元级联的多电平变频器、相应的载波移相正弦波脉宽调制技术,以及基于电压型磁链观测器的无速度传感器矢量控制策略。通过实时数字仿真(RTDS)和变频器带异步电机拖动实验验证了该级联H桥多电平变频器采用所提出的控制策略具有良好的起动和变频性能,为中高压大功率传动领域提供了技术保障。     

直流电压不等级联型逆变器一维矢量调制研究

H桥级联型多电平逆变器由于具有良好的输出波形得到广泛运用,对直流电压相等的H桥级联型逆变器,当H桥直流电压由于功率元器件差异或运行过程中负载瞬时突变等出现不等或波动时可能引起输出电压、电流波形变化,各H桥输出功率不等,严重时甚至损坏变频器.对于H桥级联型多电平逆变器传统的控制方式都是建立在H桥直流电压相等的前提下,研究了H桥直流电压不等的情况,提出了适合直流电压不等的一维矢量调制技术和直流电压不等时实现H桥等功率输出的一维矢量调制.提出的方法在两单元级联型变频实验装置上进行了验证.     

直流电压不等逆变器的矢量调制研究

H桥级联型(CHB)多电平逆变器由于具有良好的输出波形而得到广泛运用.研究了H桥直流电压不等的情况,提出了适合直流电压不等的一维矢量调制技术和实现H桥等功率输出的一维矢量调制.所提一维矢量调制方式中,如果考虑开关矢量对H桥瞬时直流电压和输出功率的影响,通过选择开关矢量并控制其作用时间,则可平衡各H桥等功率输出.最后在两单元级联型变频实验装置上进行了验证,该方法是分析多单元级联高压变频器单元直流电压与H桥等功率输出的一种有效方法.     

有源前端级联型多电平高压变频器的矢量控制技术

开发适用于有源前端级联型多电平高压变频器的矢量控制技术,对提高国产化高压变频器产品性能意义重大.针对有源前端级联型多电平高压变频器的前级整流器和后级逆变器进行研究,分别设计一套基于电网输入电压矢量定向和基于电机转子磁链定向的矢量控制技术.同时,开发了一套基于DSP+FPGA的高性能分布式数字控制系统作为该变频器的核心控制单元.在小功率样机中开展算法验证性试验,结果呈现良好的静、动态特性,表明设计是有效的.     

载波水平移相高压变频器实验研究

介绍了功率单元级联型高压变频器的拓扑结构和载波水平移相控制的工作原理,提出了利用现场可编程门阵列(FPGA)与DSP相结合实现多路SPWM脉冲的方法。该方法利用FPGA实时产生的多路脉冲对功率单元级联型高压变频器进行控制,并用示波器和互感器等对输出电压和电流波形进行了测试。实验验证了FPGA与主控制器相结合实时产生多路脉冲的可行性,以及基于载波水平移相功率单元级联型高压变频器具有优良的电压、电流等输出特性。     

三相级联多电平并联有源电力滤波器

为了提高有源功率滤波器的电压和功率等级,采用H桥级联配合多电平技术是一种有效的解决途径。介绍了并联有源功率滤波器的基本原理及H桥级联的载波移相控制技术,采用固定开关频率的直接电流控制方法设计了一套基于数字信号处理器(digital signal processor)和复杂可编程逻辑器件(complex programmable logic device)载波移相的H桥级联多电平并联有源电力滤波器系统。该系统具有利用低开关频率、低电流谐波、低压开关器件实现高压输出的优点,并通过仿真和实验加以验证。     

一种新型的三相桥级联型PWM变换器

传统的单相级联H桥变换器不易直接应用于三相高压场合,为此提出了三相桥级联型PWM变换器的拓扑结构,其子模块为电压源型三相桥式变换器。分析了该新型拓扑的构成思想,推导了二级和三级级联拓扑的电流和功率表达式,其可做整流器也可做逆变器,分别采用单周控制和载波相移控制对其进行仿真研究。仿真结果验证了该新型拓扑的可行性,表明其能够提升电压等级,与传统的单相级联H桥变换器构成的三相变换器相比,能够节省开关管和直流侧电容（独立电源）个数,且直流侧电压纹波较小,在三相高压场合具有较好的应用前景。     

级联型STATCOM电容电压平衡与无功功率控制策略研究

针对级联型STATCOM级联H桥单元直流侧电容电压的平衡与稳定问题,提出了一种新型的基于电力电子功率变换控制技术的均衡控制策略。该控制策略不仅实现了级联H桥电容电压平衡控制,而且实现了无功功率的有效控制。文章首先建立级联型STATCOM的数学模型,分析了其工作原理,然后详细介绍了所提出的控制策略,利用工频稳态模型得到不同负荷工况下的直流电压值,通过PI控制器实现电容电压的均衡控制。最后matlab/simulink仿真和实验验证了理论分析的正确性和所提出的控制策略的有效性。     

高压永磁同步电机开环矢量控制系统研究

主要对高压永磁同步电机无速度传感器矢量控制(简称开环矢量控制)系统的设计进行了研究,详细分析了H桥功率单元级联型高压变频器的硬件拓扑结构,并根据高压永磁同步电机的数学模型,对其开环矢量控制算法进行了研究,最后通过实验验证了算法的有效性。     

三电平H桥级联型逆变器

级联型多电平变频器输出电压谐波含量小,易于实现模块化,适用于高压大功率场合.本文主要针对三电平H桥级联型逆变器的拓扑结构和控制方式的相关问题进行分析与研究.级联个数不同,对控制方法也有不同的要求.提出了基于载波层叠调制和载波移相调制的混合载波调制方法,三电平桥臂内采用反相层叠载波调制,级联单元间及桥臂间均采用载波移相调...     

基于级联H桥变频器的极相调制感应电机驱动系统

高压电机配用高压变频器具有较大的节能性和高效性,已有广泛应用。级联H桥多电平变频器采用模块化设计理念,通过多个相同的低压变换单元级联起来实现高压及大功率的功能,且变频器输出电流谐波较小。极相调制感应电机可以将传统三相电机的控制方法和极相调制模式结合起来,使电机转矩和转速范围得到扩展。为此介绍一种级联H桥多电平变频器拖动极相调制感应电机变频起动和调速,该电机的定子绕组可配置为9相4极和3相12极。通过仿真验证了级联H桥多电平变频器能够满足极相调制感应电机的变频调速性能和极相调制矢量控制性能,可为新能源发电、船舶推进、工业传动等高压大功率领域提供技术保障。     

H桥级联型多电平高压变频器的断路故障分析

H桥级联型多电平高压变频器具有良好的技术发展前景。介绍了它的工作原理,从理论上分析了在两种工况下出现断路故障后变频器的运行状态,最后利用PSIM软件仿真验证了理论分析的正确性。从而为采取相应的保护措施提供了可能性,对于高压变频器的产品研发也具有一定的指导意义。     

基于级联H桥换流器的APF-STATCOM的控制与调制

有源滤波器(APF)和静止同步补偿器(STATCOM)在电力系统应用中都是独立开来,分别进行谐波抑制和无功补偿。将APF和STATCOM功能结合起来,以级联H桥换流器构成APF-STATCOM装置,同时实现无功补偿和谐波抑制。在分析级联H桥APF-STATCOM拓扑及其工作原理的基础上,提出了一种简单有效的控制策略;针对级联H桥换流器各子模块间的电容电压均衡问题,采用最近电平逼近调制(NLM)并提出了一种适用于级联H桥换流器的电容电压均衡控制策略。利用PSCAD/EMTDC对36级联H桥APF-STATCOM进行了建模仿真,结果验证了该控制策略和电容电压均衡控制策略的可行性和有效性,并表明所提出的电容电压均衡策略能有效避免H桥模块IGBT不必要的频繁开关,减少器件的开关频率。     

高压变频器在电励磁同步电机上的应用

电励磁同步电机具有调速范围宽、过载能力强、功率因数可调等优点,广泛应用于大功率传动领域。为此,介绍了一种中性点钳位型(NPC)三电平高压变频器的系统结构及中性点电压平衡控制策略。采用电流频率(IF)控制和滑模观测器(SMO)相结合的无速度传感器矢量控制策略,控制电励磁同步电机变频起动与运行。MATLAB仿真结果验证了采用所提控制策略的变频器具有良好的起动和运行性能,为高压大功率传动应用领域提供了技术保障。     

Modeling and control of a cascaded multilevel converter‐based electronic power transformer

Control strategy of a cascaded multilevel converter based electrical power transformer (EPT) in a distribution system with capabilities of low voltage ride‐through and unbalanced load current management is investigated in this study. The mathematical model and decoupled control schemes of the system, including a high‐voltage side control scheme, an isolation‐stage control scheme, and a low‐voltage side control scheme, are presented in detail. A dual current control scheme is introduced to control both positive and negative sequence currents for enhancing the low voltage ride‐through capability of the high‐voltage side cascaded H‐bridge converter. Positive, negative, and zero‐sequence voltages are controlled for the low voltage side three‐phase four‐wire converter in the decoupled control scheme, respectively, for unbalanced load current management. A proportional resonant controller (PRC) is utilized to control the zero‐sequence voltage, while the root locus method is applied in the PRC design. Three‐dimensional space vector pulse width modulation (PWM) switching strategy is then used for the low voltage side converter. Simulation studies were conducted with MATLAB/Simulink to validate the coordinated control strategy. © 2016 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

级联H桥五电平变流器工况分析与验证

以单相两功率单元级联为例,阐述了级联H桥五电平变流器的拓扑结构和载波相移SPWM(CPS-SPWM)调制策略.从该变流器的运行工况着手,给出了这种变流器在CPS-SPWM调制方法下的工作原理,并从数学角度推导了变流器开关切换、输出电压、电流流向以及均衡电压等情况,理论推导表明CPS-SPWM调制方法应用在级联多电平逆变器上的可行性、可靠性和控制的简易性,为实现调制方法的优化和拓扑结构的改进提供了理论基础.同时对五电平变流器的运行工况进行了详尽的分析,推导出了五电平变流器的数学模型,并进行了仿真和实验验证.基于DSP与FPGA,研制了多路PWM脉冲发生器,既简化了电路的设计,提高了系统的可靠性,又可保证整个系统功率元件驱动信号的同步.实验结果表明,这种变流器能在较低的器件开关频率下实现较高等效开关频率的效果,运行工况稳定,在高压、大功率场合有一定的工程应用前景.     

多功能移动应急电源的控制与仿真研究

基于电力电子变流技术,将太阳能、风能等清洁能源应用于移动应急电源,采用H桥级联多电平结构组成主变流器。仿真结果表明,该变流器具有能够有效提高电能质量和适用于不同电压等级、不同频率负载等特点。同时,采用的H桥级联多电平拓扑结构与有源电力滤波器主电路结构相同,因此,该移动应急电源还具备有源电力滤波器功能,扩大了其应用领域,实用性强。     

高压变频器无速度传感器矢量控制转速辨识

针对级联高压变频器异步电机无速度传感器矢量控制,研究了一种基于两相旋转坐标系下模型参考自适应系统(MRAS)来辨识异步电机转速的方案。仿真和实验结果表明,该转速辨识方案结构简单,易于实现,能准确地估计电机的磁链和转速。     

T型H桥级联多电平变换器的改进型脉宽调制策略

针对T型H桥级联变换器的拓扑结构及其调制策略进行分析和研究,提出了基于载波移相脉宽调制(CPS-PWM)的改进型调制策略。以单极倍频CPS-PWM所得的虚拟五电平波形作为T型H桥的输出目标,结合T型H桥变换器输出不同电平时的开关模式,遵循"改变最少个数开关管状态来实现输出电平改变"原则,逆向推导T型H桥变换器的PWM信号,并在此基础上给出基于T型H桥单元级联多电平变换器的调制策略。搭建了基于T型H桥级联的单相静止同步补偿器(STATCOM)样机,分析了T型H桥上、下电容均压策略,最后通过仿真和实验结果验证所提调制策略以及电容均压策略的正确性和可行性。     

调速用交-直-交电压型变频器的几个应用问题

介绍4种常用调速用交-直-交电压型变频器的应用问题及对策:高d U/dt、轴电流及功率器件热疲劳问题,给出定量数据;3种整流单元及公共直流母线;H桥级联变频器(CHB)的改进——2种四象限控制方法及用五电平H桥级联减少功率单元数量和简化变压器;3 kV三电平变频器驱动6 kV电机的解决方法。