级联中点箝位逆变器的PWM调制技术分析

在介绍级联中点筘位逆变器工作原理的基础上,分析了载波层叠法和载波移相法这两种典型的多载波控制算法,然后提出一种基于脉冲编码、脉冲动态旋转的单载波SPWM脉冲旋转控制技术.以17电平级联中点箝位逆变器为例,用Matlab/Simulink软件分别对3种SPWM调制方法进行了仿真分析,并以3相1 MVA,6 kV级联中点箝位逆变器为对象,对提出的单载波SPWM调制技术进行了实验.结果表明,该单载波SPWM脉冲旋转控制技术能有效保持各功率单元的电压和功率平衡.证明了所提方法的正确性和可行性.     

大功率双三电平逆变器的优化SPWM调制策略

采用两个NPC三电平逆变器构成双三电平逆变器,阐述了大功率双三电平逆变器的优化SPWM调制策略。载波信号由四个互差一定相位角的等腰三角波组成,为了避免由于最小时间Tmin问题给控制系统带来的误差,对正弦电压调制波进行了对称化处理。采用空间矢量法计算出了优化SPWM调制时的异步电动机定子电压。实验结果表明了优化SPWM调制策略的有效性。     

采用载波移相脉宽调制算法的模块化多电平逆变器研究

从模块化多电平逆变器的拓扑结构和工作原理入手,建立MMC的等效数学模型,介绍了载波移相正弦脉宽调制策略应用于MMC的实现方法,讨论了两种不同的电容电压控制策略,并在MATLAB/Simulink中对基于CPS SPWM调制策略的MMC逆变系统进行建模仿真,对比分析了阻感负载下电压闭环均衡策略和电压排序均衡策略的控制效果,验证了CPS SPWM调制策略应用于MMC的优点。     

单相全桥三电平逆变器的控制与仿真

文中提出了一种对称型的单相全桥三电平逆变器,逆变器主要由两个桥臂组成,且每个桥臂有四个开关管,每个开关管的电压应力只有输入电压的一半。文章详细介绍了一种正弦脉宽调制(SPWM)控制策略,由两个同相的三角载波和正弦调制波的正反相分别交接得到四个不同的脉冲信号,再结合稳定性好的双闭环控制策略,这种控制方法提高了单相全桥逆变器输出电压的外特性。通过Matlab/Simulink的仿真,在SPWM双闭环控制策略的情况下,三电平逆变器的输出电压在负载波动时基本保持不变。同时验证了单相全桥三电平逆变器的优点和SPWM双闭环控制策略的有效性。     

三电平并网逆变器共模电压抑制方法研究

针对高压大功率三电平并网逆变器应用中产生的共模电压,对其产生机理进行分析,比较常规正弦脉宽调制(SPWM)策略对逆变器共模电压的抑制效果,通过优化开关序列的组合,提出一种新型SPWM策略。该策略有效地将三电平并网逆变器共模电压抑制在一定范围内,明显优于常规SPWM策略,同时兼顾了输出波形的质量。仿真和实验结果证明了新型调制策略的可行性和对共模电压抑制的有效性。     

五电平H桥级联型STATCOM脉冲轮换控制策略研究

为改善采用载波同相层叠调制策略时五电平H桥级联型静止同步补偿器(Static synchronous compensator,STATCOM)输出电流的波形质量,提出一种直流侧电压平衡控制策略。基于STATCOM的控制原理阐述载波层叠调制策略下脉冲周期轮换的方法,分析脉冲轮换时序对各单元直流侧电压的影响,推导占空比变化量与各单元吸收功率的关系。以此为基础改进了脉冲轮换控制策略,该策略在脉冲周期轮换的基础上通过调整脉冲轮换时序的占空比来维持各单元直流侧电压平衡。通过对改进前后脉冲轮换控制策略仿真分析,结果表明改进的脉冲轮换控制策略能够有效地平衡直流侧电容电压。     

大功率三电平逆变器SPWM载波调制策略研究

本文针对传统大功率三电平SPWM控制算法实现的方法和亟待解决的问题,提出了通过在三相正弦波调制波中注入零序分量的调制方法,可将三电平SPWM与SVPWM进行等效,使调制控制软件和硬件的复杂性大大降低.此外,为了改善系统在低调制度下的输出电压波形的谐波特性,本文进一步提出了一种引入零电压分量和载波交叠的新型SPWM调制控制方式,很好地改善系统在低调制度下的输出电压波形的谐波特性.最后搭建了三电平逆变器软件仿真和样机试验平台,充分验证了算法的正确性和有效性.     

级联型多电平变流器新型载波相移SPWM研究

将单极性正弦脉宽调制(sine pulse width modulation,SPWM)引入到级联型多电平变流器中,提出一种新型载波相移SPWM策略。该策略较传统的载波相移SPWM可以节省一半的脉宽调制(pulse width modulation,PWM)脉冲发生器,对级联型多电平逆变器的数字化实现有重要的理论和实用价值。给出新型载波相移SPWM的2种调制方式,分别推导频域调制模型,并对其谐波特性进行分析、比较和仿真验证。仿真结果表明,对于单相系统,2种方式基本相当;对于三相系统,方式二的谐波特性更好。分析新型载波相移SPWM技术的热稳定性问题,并给出其解决办法。实验结果验证了理论分析和仿真研究的正确性。     

电容箝位型非对称H桥五电平逆变器 正弦脉宽调制控制

为简化多电平逆变器拓扑结构、提高性能,构建了电容箝位型非对称H桥五电平逆变器。提出一种新型的锯齿载波交错正弦脉宽调制(sine pulse width modulation,SPWM)策略,通过在每个载波周期内控制电容充、放电时间相等,保证电容电压平衡。采用锯齿载波,在扩展的三相系统中,控制任意两相电压相对应的脉宽调制(pulse width modulation,PWM)脉冲对始终位于对应锯齿载波的起始(末尾)侧,消除了线电压中部分相邻“电平层”交叠的现象。对3种同类五电平逆变器及其对应的调制策略进行对比分析,构建的拓扑所用功率器件最少,等效开关频率为载波频率的2倍,电容电压平衡且波动幅度较小,线电压谐波含量最少。实验结果验证了该拓扑及其调制策略的正确性与有效性。     

一种三相四线制三电平逆变器的中点平衡策略

在三相四线制(3P4W)三电平逆变器系统中,为避免产生零序电流,通常采用正弦脉宽调制(SPWM),但SPWM无法抑制直流侧中点电压波动。此处提出了一种平衡三电平逆变器中点电压的混合调制策略。当中点不出现明显波动时,使用SPWM;当中点出现不平衡时,将SPWM分解为双调制波来进行载波比较,改变中点箝位(NPC)时间,不注入零序即可实现中点电压平衡。实验结果验证了所提调制策略在不同功率因数、调制比以及不平衡负载下中点平衡的有效性。     

级联多电平逆变器的工作原理分析

以每相两功率单元串联为例,介绍了级联多电平逆变器的拓扑结构和相位移载波SPWM调制策略,阐述了该多单元级联逆变器在SPWM调制方法下的工作原理,从理论上分析了逆变器开关切换、输出电压、电流流向以及共模电压的情况,说明了相位移载波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。     

基于三次谐波注入的级联多电平逆变器

详细分析了调制波变换技术和三次谐波注入多电平逆变器的原理,以及三次谐波注入后逆变器的调制信号与输入直流电压的关系。并且,分析了在级联多电平逆变器开环PWM控制下,一般SPWM与三次谐波注入的不同。提出三次谐波注入法能够在不影响负载电流电压的情况下实现载波调制的优化控制,提高电压利用率。在Matlab／SimulinK环境下通过仿真,证实了理论的正确性。     

电容钳位H桥级联多电平逆变器功率均衡控制方法

针对电容钳位H桥级联多电平逆变器载波层叠SPWM调制方法中存在功率不均衡的问题,对该逆变器各个级联单元的有功功率输出进行理论分析,提出了一种改进载波层叠方式的功率均衡控制方法。该方法在不影响逆变器输出电压波形质量的前提下,通过保证该逆变器各个单元输出电压波形的基波幅值相等的方式,可以在一个输出周期内实现各个级联单元的输出功率均衡。以两单元电容钳位H桥级联多电平逆变器为例,进行了仿真分析和对比研究,详细给出了改进功率均衡控制法与传统控制方法下输出电压谐波失真(total harmonic distortion,THD)和输出功率的对比曲线,以及两种方法下逆变器输出的电压波形及其频谱图,结果验证了该控制方法的可行性与优越性。     

降低逆变器共模电压的三相四桥臂优化控制

提出一种基于三相四桥臂逆变器的正弦波脉宽调制(SPWM)状态交换控制策略,用于降低传统的三相三桥臂逆变器因电路不对称而产生的共模电压.该策略是往前3个桥臂进行载波移相控制的基础上,对被控制桥臂进行状态交换,以避免零状态的出现,突破了原来的载波移相策略对凋制指数的限制,能在任意调制指数下有效地抑制共模电压.经过优化状态交换策略,在保持良好的共模电压抑制效果基础上,得到了具有最优差模特性的方案.实验验证了SPWM状态变换策略的有效性.     

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.     

三相电压型准Z源逆变器电路拓扑和调制策略

准Z源逆变器具有宽范围升压能力,适用于光伏风力等可再生能源发电。从拓扑和调制策略两方面详述了三相电压型准Z源逆变器的发展与现状,并获得了重要结论。其电路拓扑包括基本型、强升压能力改进型、低电压应力改进型和能量存储型4类,其中强升压能力改进型又分为单阻抗网络和级联阻抗网络2类,给出了电压应力、升压能力等特性比较;低电压应力改进型包括三相三电平中点钳位、级联多电平和级联Trans等。调制策略有正弦脉宽调制SPWM(sinusoidal pulse width modulation)、改进空间矢量脉宽调制SVPWM(space vector pulse width modulation)和消除共模漏电流改进脉宽调制PWM(pulse width modulation)3类,给出了调制系数、电压应力特性比较。     

大功率级联变频器中多路SPWM发生器的实现

采用载波相移SPWM技术原理,设计了基于现场可编程门阵列(FPGA)的多路PWM脉冲发生器.该脉冲发生器应用于一个电压级联型变频器,可提供96路PWM脉冲输出,解决了级联变频器多路脉冲同步触发的问题.通过实验证明,FPGA输出的PWM脉冲送入级联变频器模块,输出的电压波形正弦度好,电平阶数符合设计,且修改参数简单,有效...     

逆变器SPWM载波频率选取的计算方法

为优化逆变器的设计参数,给出了一种选取正弦脉宽调制(SPWM)载波频率的计算方法。死区效应是影响逆变器输出电压THD的主要原因。在SPWM载波中,死区引入的误差脉冲导致逆变器输出电压中出现基波误差和低倍频谐波,并且死区效应随SPWM载波频率的增大而增强。针对上述情况,基于误差脉冲的频域分析,得出了逆变器输出电压THD与载波频率之间的定量关系,并提出了以输出电压THD为指标选取逆变器SPWM载波频率的计算方法。样机实验证明了该计算方法的有效性。     

级联型逆变器的新型简化多电平空间矢量调制方法

传统多电平空间矢量调制(space vector modulation,SVM)方法需要大量的矢量选择等复杂运算,级联数目较高时,算法变得异常复杂而难以实现。该文借鉴载波移相调制的思想,提出一种新颖的基于两电平SVM的简化多电平SVM方法。将各级H桥逆变器施加相同幅值和相位的电压矢量,而将各自的电压矢量更新时间相互错开,进而形成相应的多电平输出电压波形。每个采样周期只需依据两电平SVM算法计算一单元的主、辅电压矢量及其作用时间,计算量与级联数目无关,进而显著简化了算法难度,并增强了可扩展性。三单元情况的仿真和实验结果证明了所提出方法的正确性和可行性。     

Optimized switching scheme of cascaded H-bridge multilevel inverter using PSO

The paper uses particle swarm optimization (PSO) to determine the optimum switching angles of cascaded H-bridge multilevel inverter (CH-MLI) so as to produce the required fundamental voltage and reduce the harmonic content. This is done by solving the transcendental equations characterizing the harmonic content. The validity of the proposed method is verified through simulation studies for three-phase, five-level CH-MLI. To compare the results obtained using PSO, the simulation studies have been extended for three-phase, five-level CH-MLI using sinusoidal pulse width modulation (SPWM). The results obtained using PSO are found superior as compared to SPWM in terms of total harmonic distortion at different modulation indices.