组合变流器载波相移空间向量调制(CPS-SVM)技术

研究了高压大功率变频调速逆变器中3电平逆变器频率调制技术,综合相移SPWM组合变流器的拓扑结构与空间向量调制(SVM),提出了组合变流器载波(CPS)相移CPS-SVM技术。该技术不仅具有相移SPWM的优点,而且具有普通sVM技术所具有的器件开关频率降低1/3、直流电压利用率提高15％及便于数字实现等优点。     

一种单相五电平逆变器及其控制策略

针对中点钳位型多电平逆变器直流电压源利用率低、中点电位不平衡等问题,提出了一种两级式单相五电平逆变器。该五电平逆变器的前级可等效为三电平DC/DC变换器,后级通过连接H桥电路实现逆变。该五电平逆变器与中点钳位型三电平逆变器相比,直流电压利用率提高了4倍,同时利用单滞环比较器实现了中点电位平衡,应用载波层叠调制技术、单闭环完成了逆变器的调制与控制。最后搭建模型进行仿真,验证了该五电平逆变器的可行性和正确性。     

电容钳位多电平逆变器的新型相移空间矢量控制

针对电容钳位多电平逆变器传统载波相移PWM方法的线电压谐波高、电容电压不易稳定控制、电压利用率较低等问题,提出了一种新型相移空间矢量调制(PS-SVPWM)策略。将传统PS-SVPWM引入到多电平电容钳位逆变器中,虽然提高了电压利用率,平衡了电容电压,但不能有效降低线电压谐波;对空间矢量调制中的三角载波进行改进,提出了新型PS-SVPWM策略。该方法在具备以上优点的基础上,有效降低了线电压谐波。以三电平电容钳位逆变器为例,详细阐述了新型相移空间矢量控制策略的调制原理,对于多电平电容钳位型逆变器,只需分层调制,省去大量的扇区划分和数学计算。以电容钳位三电平和五电平逆变器为例进行仿真验证,结果证明了该调制策略的正确性和有效性。     

基于载波自由度的改进载波移相PWM技术

载波移相(CPS-PWM)应用于级联H桥型(CHB)多电平逆变器时,虽然各级联单元具有功率均衡的特点,但输出电压的直流电压利用率较低,且低调制度时谐波性能比较差。针对这2个问题,提出一种改进的CPS-PWM调制技术,该调制技术基于载波形状自由度,利用改进的载波代替原CPS-PWM中的三角形载波进行调制,通过状态空间平均法计算出在改进后的载波下逆变器输出电压的基波幅值和各个级联单元的输出电压,并和逆变器在CPS-PWM技术下的输出电压对比分析,改进的CPS-PWM技术可以显著地提高输出电压的直流电压利用率,改善低调制度的谐波性能,且和CPS-PWM技术一样,各级联单元输出功率能够实现自然均衡。该调制技术以CHB型五电平逆变器为例,通过实验、仿真验证了该技术的正确性。     

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。     

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。     

一种单级三相Cuk三电平逆变器研究

该文提出一种单级三相Cuk三电平逆变器。该逆变器由Cuk飞跨电容型三电平DC-DC变换器进行三相拓展而构成。借助于Cuk变换器可升降压的工作特性,该逆变器具备实现升降压逆变的能力,同时兼顾三电平逆变器在中高功率应用场合中的优势。此外,本文采用载波相移调制方式,实现了飞跨电容的电压自平衡。首先介绍该逆变器的拓扑结构与调制方式,然后分析该逆变器在载波相移调制方式下的工作模式与工作特性,并在此基础上推导电路稳态数学关系与输入输出电压增益。最终确定电压闭环的控制策略,并通过仿真与实验结果验证该逆变器可实现单级升降压,且输出电压增益范围宽,适合应用于可再生能源发电领域。     

NPC五电平Z源逆变器的设计研究

传统NPC五电平逆变器不具有单级升压的功能,直流电压利用率低,不允许上下桥臂直通,需引入死区时间,造成逆变系统安全性下降。Z源逆变器(ZSI)利用特殊的X型LC网络实现单级升压功能,同时允许桥臂直通,提高逆变器的可靠性。为此提出一种双Z源NPC五电平逆变器拓扑,分析其直通工作状态,并说明了此拓扑结构的合理性。基于传统NPC五电平逆变器的同相载波层叠PWM调制原理,设计了一种适用于五电平ZSI的同相载波层叠PWM调制法。仿真分析验证了此调制方法的合理性及NPC五电平Z源逆变器在提高直流电压利用率方面的优势。     

混合级联十三电平逆变器的调制优化及功率均衡方法

多单元混合级联多电平逆变器能够使用较少的开关器件实现较多的电平数输出，因此获得了广泛的应用，但其低压单元在传统的载波移幅调制下存在级联单元间功率不均衡的问题。针对上述问题，对直流电压比为1:1:1:3的混合级联十三电平逆变器提出了一类阶梯波和载波移幅调制共同协作的混合调制策略，在该调制策略下高压单元工作在低频状态，低压单元工作在高频状态。对低压单元的调制波进行优化以减少三角载波的数量，同时通过重构载波移幅调制策略的三角载波，有效地实现了低压单元间的功率自均衡。最后通过仿真和实验证明了所提调制优化和功率均衡方案的可行性。     

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。     

基于MATLAB的级联型高压变频器的建模与仿真

简单介绍了级联型高压变频器的拓扑结构及载波移相SPWM控制的工作原理,通过MATLAB建立了仿真模型,分析了不同移相方式及不同幅值调制比对输出电压的影响,并对高压变频器带负载情况进行了分析。仿真结果表明该高压变频器输出电压波形接近正弦波,仿真结果与理论分析相符。     

级联型多电平逆变器的优化脉冲宽度调制控制策略

基于传统分析消谐波脉冲宽度调制PWM法（Subharmonic PWM,SHP-WM）,提出了一种适用于三相级联多电平逆变器的改进型调制方法,即载波重叠开关频率优化PWM法（CO-SFO-PWM）。新型PWM方法兼具载波重叠法和开关频率优化法的优点,可以增大输出线电压的基波幅值,提高直流电源电压利用率,改善输出线电压谐波性能,特别是在低调制下可明显减少输出线电压畸变率。以三相级联型7电平逆变器为例,通过Matlab进行仿真验证,有效地验证了CO-SFO-PWM调制方法的正确性。     

Reduced common-mode modulation strategies for cascaded multilevel inverters

This paper presents modulation strategies for cascaded multilevel inverters that substantially eliminate common-mode voltage on the output phases. The paper begins by developing generic multilevel inverter reference waveforms that use only "allowed" space vectors to achieve reduced common-mode voltage. A graphical technique is then proposed that allows various carrier disposition modulation strategies for a diode-clamped inverter to be converted to equivalent modulation of a cascaded inverter for any fundamental reference waveform. This graphical technique is confirmed for both alternative phase opposition disposition and phase disposition equivalent modulation of a cascaded inverter, and is then used to create reduced common-mode modulation strategies for cascaded inverters from their equivalent counterparts for diode-clamped inverters under both continuous and discontinuous switching conditions. The strategies have been confirmed by both simulation and experimental results obtained using a cascaded five-level inverter.     

含电容单元的级联H桥七电平调制策略

针对传统三单元级联H桥直流电源电压利用率较低的问题,采用电容替代其中利用率较低的直流电源,构成含电容单元的级联H桥逆变器。围绕该型逆变器的调制策略及电容选择等问题,在载波层叠式脉宽调制策略的基础上,利用冗余开关状态改进现有调制策略。通过采集电容电压和输出电流,切换调制模式实现电容充放电控制。分析电容电荷量在不同调制度下的变化,得到电容电压稳定到参考值所需要满足的条件。考虑到电容纹波电压不超过参考值10%的要求,并结合最大连续放电区间,计算出最小参考电容,使逆变器达到最优配置。通过仿真和实验证明了新型调制策略可对电容充电并具有良好的稳压效果。     

空间矢量调制技术在6kV级联静止同步补偿器中的应用

将简化的空间矢量调制技术与载波移相技术相结合,介绍了载波移相SVM调制技术的基本原理。结合级联H桥拓扑结构,分析了空间矢量调制技术在级联静止同步补偿器(STATCOM)中的实现方法,并进行了仿真实验分析。与传统的CPS-SPWM调制方式相比,该方法具有直流电压利用率高、易于数字化实现等优点。此外还给出了该级联STATCOM装置的系统结构。仿真和实验结果表明,基于载波移相SVM调制技术的6kV级联同步补偿器能够在实际电网中以较低的开关频率准确、有效地实现无功功率与谐波的综合补偿。     

变频器参数及调制方式对共模电压的影响

PWM变频器被广泛应用于在电机驱动系统中,但其输出电压中的共模电压会产生许多负面效应,因此确定影响共模电压的各种因素对提出有效的共模电压抑制策略有重要的意义。采用解析、仿真和实验验证的方法围绕变频器参数和调制方式对共模电压的影响展开研究,研究结果表明:变频器参数中直流母线电压利用率增大时共模电压减小;载波比变化时共模电压基本不变;死区时间增加时共模电压增大;不同调制方式SPWM和SVPWM在相同直流母线电压利用率下的共模电压大小相近。进一步讨论了在VVVF控制调速时直流母线利用率和载波比同时变化时共模电压的变化规律,实验表明低速时共模电压更大,应当重视电机低速时共模电压产生的危害。     

H桥多电平逆变器的混合载波交叠式PWM控制

为了增大逆变器的功率等级,改善输出电压的波形质量,提出了一种级联H桥多电平逆变器拓扑和与其相对应的PWM载波调制控制策略。该方法是根据传统混合频率载波调制策略,采用了同相的交叠式三角载波调制,结合了同相层叠式载波调制较好的消谐特点以及使高低压单元功率自然平衡的特点,使级联H桥多电平逆变器拓扑结构不仅可以输出多电平,还能解决混合调制下的功率环流现象,而且逆变器模块化比较简单,可以使逆变器在输出周期内功率达到自然平衡。以2个高低压单元为例,进行了仿真实验。实验结果验证了该逆变器结构和控制策略的可行性。