基于模糊控制的三电平逆变器中点电位平衡策略

中点电位平衡是设计三电平逆变器变频调速系统要考虑的问题,中点电位的不平衡增加了功率器件的电压应力,同时使逆变器输出谐波含量增大.首先由三电平逆变器的电路拓扑出发,建立三电平逆变器中点电位的数学模型,然后对中点电位失衡的原因进行了分析,在此基础上研究了一种基于模糊控制的中点电位平衡策略,通过检测直流侧电容电压的大小,把两电容电压的偏差与偏差的变化率作为模糊控制器的输入,根据中点电位不平衡程度,通过模糊规则实时调整输出正负小矢量的作用时间,从而达到中点电位的动态平衡.仿真和实验结果验证了所提控制方法的可行性.     

一种新型拓扑结构的三电平变换器

针对多电平变换器中二极管、电容和开关管数量多,中点电位不平衡和控制复杂的问题,设计了一款新型拓扑结构的三电平变换器,它采用两个逆变器输入并联输出串联的拓扑结构,通过555定时器来控制两个逆变器的工作和停止,达到控制输出电压的目的.仿真和实验证明,该三电平变换器结构简单,克服了中点不平衡的问题,控制简单,输出电压灵活多变...     

三相四线制三电平变流器的优化调制策略

传统三相四线制三电平电容中分式变流器三维空间矢量脉宽调制(3D-SVPWM)策略较为复杂且中点电位平衡算法对中点电位偏移的抑制不精确,尤其是在负载不平衡的情况下,中线电流全部流过直流侧中点造成中点电位偏移。针对以上问题,提出一种基于三相abc坐标系的简化3D-SVPWM方法,并基于该简化方法提出一种多相控制的中点电位平衡算法,根据中点电位偏移情况,将电位偏移量平均分配到具有中点电位平衡能力的相,使多相共同参与中点电位平衡控制,通过偏移量数学模型计算得到补偿该偏移量所需要的时间量,然后作用于三电平变流器的输出状态,从而达到平衡中点电位的目的。仿真分析和实验结果均表明优化调制策略具有良好的三相四线制三电平变流器中点电位平衡能力。     

基于交错控制的三电平升压型DC/DC光伏控制器研究

提出了一种应用于非隔离光伏并网系统的前级DC/DC三电平升压型变换器及其控制方法。该变换器采用Boost三电平(Boost Three-level,Boost-TL)拓扑结构,分析了其工作原理,推导并建立了系统的数学模型。为了减小输出电压和电感电流纹波,提出了采用两开关管移相180°的交错控制策略。同时,针对直流母线中点电位不平衡问题,通过采取一种调整开关管导通时间的方法,实现了两输出电容电压的平衡。该变换器具有体积小、器件电压应力低和转换效率高的优点。最后,搭建了23 kW的实验平台,通过仿真和实验验证了所提控制方法的正确性和有效性。     

基于优化虚拟矢量的三电平逆变器中点电位平衡闭环控制

通过对二极管钳位型逆变器中点电位不平衡引起的直流侧电容电压振荡、功率器件电压应力增加及输出电压谐波等问题的分析,提出一种基于优化虚拟空间矢量的三电平逆变器中点电位平衡闭环控制方案,通过构建包含优化因子的最近三虚拟空间矢量模型合成参考空间矢量,根据中点电压实时反馈量对其进行优化,减少输出电压的谐波及失真,同时引入中点电位的不平衡量,计算出各优化虚拟空间矢量作用时间的补偿量,并利用对负载位移角的在线估计实现系统闭环控制。仿真与实验结果表明本方案具有良好的多电平逆变器中点电位平衡控制性能,有效降低了直流侧电容波动。     

具有中点电位平衡的Z源三电平NPC逆变器SPWM模糊控制算法

针对Z源三电平NPC逆变器的中点电位偏移问题,提出了一种具有中点电位平衡的SPWM模糊控制算法。该算法将电容电压的偏差与偏差的变化率作为模糊逻辑控制器的输入,直流参考信号的幅值为模糊逻辑控制器的输出。算法按照中点电位偏移的程度,通过模糊控制规则实时调节逆变器的上、下直通时间从而达到直流侧电容电压中点电位平衡控制,实现在Z源网络升压的情况下,有效地抑制中点电位偏移。同时,该控制算法不会增加额外的开关次数,因此不会增加逆变器的开关损耗。通过MATLAB/Simulink仿真分析,验证了相应抑制中点电位偏移的SPWM模糊控制算法的正确性和可行性。     

一种负载不平衡情况下单相三电平脉冲整流器中点电位控制方法

首先分析了负载不平衡情况下单相电压型三电平脉冲整流器的工作原理,引出该电路直流侧中点电位偏移的特点。为了实现在负载不平衡的恶劣情况下直流侧中点电位平衡的控制目标,以传统的单相三电平单极性载波脉宽调制（CBPWM）方法为基础,提出了一种在负载不平衡情况下,基于电压补偿分量注入的载波脉宽调制（CBPWM-VOI）算法。理论分析表明：电压补偿分量的取值与负载有着密切关系,在一定的负载不平衡度范围内,该调制算法可以有效地控制直流侧中性点电位无偏移。计算机仿真和小功率样机实验都验证了该算法的有效性及理论计算的正确性。     

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。     

二级式三电平逆变器不连续调制及中点电位平衡策略

针对常见的前置TL-Boost变换器的二级式三电平逆变器,为降低逆变器开关损耗,同时控制中点电位平衡,文中提出了一种空间矢量不连续调制及其中点电位平衡策略。首先设计了不连续调制算法,分析不连续调制下逆变器中点电位波动情况;然后基于电荷平衡原理,定量计算TL-Boost变换器电荷补偿量,推导变换器占空比调整量表达式,控制流经中点的总电荷量为零。通过两级系统协调控制,不仅可发挥逆变器不连续调制低开关损耗的优势,同时可实现中点电位平衡控制,降低逆变器调制策略复杂度。该控制策略适用于二级式三电平逆变器,可有效提高系统效率,同时保证输出波形质量。     

基于双调制波的中点电压平衡算法

二极管钳位型三电平变换器的母线中点电位不平衡问题是其在实用中存在的固有缺点。本文从分析双调制波方法的工作原理入手,借助平均中点电流和中点电位的关系,提出了一种能够改变平均中点电流取值的补偿量计算方法,进而达到平衡中点电位的目的。仿真和实验结果证明了这种补偿量能够兼顾到负载电流、开关频率、电容值和上下母线电容电压差等影响中点电位平衡的因子,使得平衡过程快速,且系统始终保持稳定。     

二极管中点箝位型(NPC)变频器中点电位控制方法研究

二极管中点箝位型(NPC)逆变拓扑结构在高压大功率变频器设计中得到了广泛的应用,但其存在的中点电位不平衡问题是应用中比较突出的难题之一。本文详细分析了NPC型三电平逆变器中点电位不平衡的机理,从电路拓扑结构和控制方法两方面研究了抑制中点电位偏移的平衡控制策略,采用Matlab/Simulink仿真软件对提出的控制策略进行了仿真、比较,并搭建了NPC三电平变频器实验电路,采用TMS3202407ADSP数字处理器实现了控制算法,验证了所采用的控制方法的有效性,取得了较好的抑制中点电位偏移的效果。     

NPC三电平逆变器最优化虚拟电压矢量控制

三电平逆变器的中点电位不平衡不仅使开关管的电压应力增加,还会导致输出电流的谐波畸变率增高。因此,三电平逆变器的中点电位平衡控制一直是国内外学者的研究热点。以中点钳位型(NPC)三电平逆变器作为研究对象,提出了一种最优化虚拟电压矢量中点电位平衡控制方法。该方法首先以三电平逆变器固有的有限个离散电压矢量为基础,构造出连续的虚拟电压矢量。然后以参考电压和中点电位平衡为控制目标定义代价函数,此代价函数可以灵活方便地控制逆变器的综合性能。由最优化方法求解出使代价函数值最小的虚拟电压矢量,即为控制参考电压和中点电位平衡的全局最优解,此方法不仅可以保证输出电压有较好的跟踪效果,还具有较强的中点电位平衡能力和抗干扰能力。仿真和实验都对此进行了有效的证明。     

考虑三电平中点钳位型变换器中点电压波动抑制的混合调制方法

三电平中点钳位型变换器存在中点电压不平衡的固有问题。零序电压注入法可以很好地控制三电平变换器的中点平衡,而且具有原理简单、计算简便等优点,但是在调制系数比较大或者功率因数较低的情况下存在不可消除的低频波动。双调制波方法可以在全范围内消除中点波动,但其会造成开关频率的增大和谐波性能恶化。本文结合零序电压注入和双调制波混合调制方法的优点,达到了在消除低频波动的同时又能最大程度上降低开关频率和保持谐波性能的目的。仿真和实验结果证明了所提出的混合调制方法的正确性和可行性。     

超级电容和蓄电池混合储能系统的THIPWM算法研究

针对超级电容和蓄电池混合储能系统的动态性能较差,输出交流电压波形失真严重的问题,提出了一种采用三倍频谱波注入的脉宽调制(THIPWM)法。利用三电平逆变器的优良性能改善系统的动态性能,对蓄电池和超级电容两端直流输出电压电流、直流侧总电流进行采样,解决三电平逆变器中性线电压不平衡的问题,实现了超级电容与蓄电池在运行过程中的平滑控制,减少了最终输出波形的畸变指数。用Matlab搭建出仿真模型,证明所提出的含三电平逆变器的拓扑结构及其控制算法的实用性和正确性。     

三相负载不对称的Z源逆变器控制方法研究

在电源逆变器中,往往存在着负载不平衡的问题。为了解决这个问题,将采用一种新的解决方法,即引入一种新结构的Z源逆变器。在Simulink环境下建立系统仿真模型,采用空间电压脉冲矢量控制策略,构建Z源逆变器直通状态来解决三相不平衡负载的电压不对称导致的各种电器损坏问题。理论结合仿真实验,论证了其正确性。     

基于伏-秒平衡特解规划的三电平中点电位低频脉动抑制PWM

基于伏-秒(V-S)平衡原理,提出一种通用程控三电平PWM方法,在单个载波周期内,设计一种通用的开关序列,其中每相开关序列均考虑三种不同电平,揭示三电平PWM算法可根据不同的控制目标对伏秒平衡方程特解进行规划来实现,物理意义更明晰。为了实现中点电位平衡与低频脉动抑制,解决虚拟电压矢量调制策略计算复杂的问题,以特解规划为基础,提出九段式低频脉动抑制PWM特解规划算法和中点电位闭环控制策略,给出了脉冲分配方法,无需扇区判定及矢量合成分析。建立中点钳位(NPC)三电平样机实验平台,采用阻感负载和永磁同步电机(PMSM)负载实验验证了所提方法的正确性和有效性。     

基于TMS320F2812的三电平逆变器的研究

提出一种60°坐标的三电平中点箝位(Neutral Point Clamped,简称NPC)逆变器,仅需进行简单的坐标变换和计算就可得出参考电压矢量的作用区间以及输出电压矢量的作用时间,解决了传统空间矢量调制(SVPWM)方法需要大量三角运算以及扇区判断的缺点。采用首发矢量为正(负)小矢量的七段式调制技术的最优SVPWM算法,减小了开关损耗。根据负载电流方向和直流侧电容电压的大小,通过改变电压调整系数调整正负小矢量的作用时间来控制中点电位平衡。运用单片TMS320F2812对所提出的算法进行实验,结果验证了该方法的正确性和有效性。     

Analysis and implementation of three-phase power quality compensator under the balanced and unbalanced load conditions

An active power filter with asymmetric inverter legs are presented to eliminate harmonics, compensate reactive power and draw the balanced line current from the AC source under balanced and unbalanced load conditions. Three inverter legs are used in the adopted voltage source inverter. In each leg, four active switches are adopted to achieve three-level pulse-width modulation (PWM). No clamped diode or flying capacitor is used in the proposed inverter. In the adopted control algorithm, a classical proportional-integral voltage controller and hysteresis current controller are used to maintain DC-link voltage constant and to track line current commands, respectively. A voltage compensator is added in the inner control loop to compensate the neutral point voltage variation due to load variation. Based on the proposed PWM control scheme, a three-level voltage pattern is generated on the AC terminal of the inverter. The system configuration and mathematical analysis are discussed in the paper. Finally, the experimental results based on a laboratory scaled down prototype are provided to verify the effectiveness of the control algorithm.     

基于改进的虚拟合成矢量法异步电机三电平矢量控制仿真研究

三电平逆变器中直流侧中点电容电压平衡和过高的电压跳变问题直接影响着逆变器及其电机调速系统的可靠性。在分析合成矢量法的基础上,提出了一种改进的虚拟合成矢量脉宽调制控制方法,不但能够有效抑制输出电压的跳变、减少转矩脉动,而且能有效地实时控制三电平逆变器的中点电压。该方法实现简单,经仿真验证能够较好地解决电压跳变以及转矩脉动问题,同时中点电压亦得到很好的实时控制。