三电平Z源逆变器SPWM调制策略的研究

传统逆变器上下桥臂直通时会造成逆变器短路,为避免这一情况通常需要在逆变器控制信号中引入死区,进而造成逆变系统安全性下降输出谐波含量增加。Z源逆变器成功地克服了传统逆变器的缺陷和不足。Z源三电平逆变器有效地结合了Z源网络特性与传统三电平逆变器的优点。文章通过分析Z源三电平逆变器的工作原理,结合传统三电平逆变器的PWM控制策略,分别研究了适于Z源三电平逆变器控制的改进载波同相层叠调制、改进载波反相层叠调制和三次谐波注入载波同相层叠载波调制。仿真结果验证了三种调制策略的可行性。     

开关电感Z源三电平中点钳位逆变器的研究

Z源三电平中点钳位逆变器有效地结合了Z源网络的开关电感特性和三电平逆变器的特点,但升压能力有限。针对这一问题,文章提出了开关电感Z源三电平中点钳位逆变器。新逆变器通过改进电路拓扑获得了更强的升压能力,能显著提高系统的输出电压。文章采用改进载波同相层叠调制法控制开关管的工作,该方法简单、可靠、易于实现。仿真结果验证了新拓扑的可行性及有效性。     

空间矢量调制的五相Z源逆变器

为了提高传统五相电压源逆变器的直流电压利用率,在两电平逆变器拓扑结构的基础上提出了五相Z源逆变器的电路拓扑结构。逆变器利用Z源网络的升压特性,在开关切换时刻插入直通状态,使直流母线电压升高,从而提高了五相电压源逆变器的直流电压利用率和电压传输比。为减小逆变器输出电压谐波,采用优化的空间矢量调制算法对五相Z源逆变器进行调制,其中通过最小化三次谐波子空间的合成矢量来使输出电压的谐波减小。利用SIMULINK对五相Z源逆变器进行仿真,并采用基于数字信号处理器(digital signal processor,DSP)控制的实验平台对其进行实验验证。仿真和实验结果验证了该逆变器的可行性和调制算法的有效性。五相Z源逆变器能提高逆变器直流电压的利用率,可以用于直流电压受限的场合。     

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。     

基于滑模控制的新型双准Z源NPC型五电平逆变器并网控制策略

针对传统双Z源二极管箝位(NPC)型五电平逆变器的Z源网络电感启动电流过大、升压能力有限等问题,提出一种新型的双准Z源NPC型五电平逆变器拓扑结构。用一种新型的双准Z源结构代替传统的双Z源结构,能够降低近2/3的Z源网络电感启动电流,提升逆变器直流侧电压接近2倍。将滑模控制应用到准Z源五电平逆变器系统的控制中,该方法无需线性化处理,只需通过系统数学模型就可推导出适当的控制规律。分析新型双准Z源五电平逆变器拓扑的工作原理;应用状态空间法和小信号模型对准Z源五电平并网系统进行数学模型推导和分析,并进行滑模控制器的设计;仿真和硬件实验结果表明,与传统比例-积分(PI)控制相比,滑模控制能够显著提高系统稳定性,降低电流谐波。     

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。     

新型Z源T型五电平逆变器及其调制策略EI北大核心CSCD

针对传统二极管中点钳位三电平与五电平逆变器需要大量钳位二极管、结构复杂、可靠性差、二极管开关损耗较大,以及传统Z源两电平逆变器电容电压应力较高、升压能力不足、功率较低等问题。首先,提出了一种T型五电平逆变器拓扑,该拓扑省去了大量钳位二极管,结构简单,开关损耗小,功率等级高;其次,结合Z源网络与该T型五电平拓扑,得到一种新型Z源T型五电平逆变器拓扑,与传统Z源逆变器相比,在相同的电压增益下,该新型逆变器有效降低了开关器件电压与电容电压;再次,将Z源网络中的电感用升压单元代替,进一步增强了其升压能力;最后,设计了该新型逆变器的同向载波调制策略。仿真实验证明了所提拓扑的正确性与调制策略的有效性。     

FPGA控制的不对称多电平逆变器的设计

随着多电平技术在大容量场合的应用,不同结构的多电平拓扑结构不断被提出。论文研究一种混合级联式不对称多电平逆变器,该结构逆变器将传统H桥逆变器进行改进,与H桥相比使用相同器件时,该结构能够输出更多的电平数,或者在输出相同电平数的情况下比传统H桥级联结构使用更少的器件。该多电平逆变器由两个不对称四电平逆变器级联而成,输出电...     

三电平Z源逆变器SPWM调制策略的研究

Z源逆变器因能够实现上下桥臂直通,避免死区引入,能有效提高逆变系统安全性,减小输出的谐波含量而成为逆变器研究的热点。在传统三电平逆变器的前端引入Z源网络,构成Z源三电平逆变器。以单Z源三电平逆变器的工作原理为基础,参考传统三电平的SPWM调制策略,应用Z源逆变器简单升压控制原理,分别研究了改进载波同相层叠和改进载波反相层叠两种正弦调制方法,并通过相应的仿真实验验证了两种调制策略的有效性。     

新型双向串联型Z源NPC三电平逆变器

传统Z源逆变器启动冲击电流大、不具备能量双向流动能力、存在非正常运行状态、输出电压电平数少。针对上述问题,提出双向串联型Z源NPC三电平逆变器。将串联型Z源网络与NPC三电平逆变器结合,内在抑制启动冲击电流;在阻碍能量回馈的二极管反并联全控开关管,流过全控开关管的电流能够反向流动,进而维持直流链峰值电压稳定,消除非正常运行状态。仿真结果表明：配合软启动策略,改进型拓扑能实现无冲击启动;具备能量双向流动能力;低功率因数时,正常运行;输出线电压电平数增加为5。     

Z源逆变器的多变量线性状态反馈控制

针对Z源逆变器具有的非线性特征,以及提高直流侧电压控制对负载变化的响应速度,提出适用于Z源逆变器独立发电系统的多变量线性状态反馈控制方案.首先,利用功率平衡在dq坐标系下建立了Z源逆变器的6阶系统模型,分析表明该系统属于3输入3输出的非线性系统;继而,利用求李导数的方法进行坐标变换,获得新坐标系下的系统可观可控的线性状态方程:在Z源电容电压的控制方程中引入了电感电流的附加控制以保证系统坐标变换时产生的一阶内部动态的稳定性:电压控制采用PI控制器确保了目标电压的无误差输出;最后.通过Simulink建立了仿真模型.验证了在负载性质变化时和输入电压变化时控制系统的有效性.     

基于载波相移THI-PWM技术的多电平逆变器研究

针对传统的电压型多电平逆变器直流电压利用率低的问题,在对载波相移SPWM调制技术进行数学分析的基础上,将三次谐波注入(Third Harmonic Injection,THI)的思想引入到载波相移技术中,提出了一种适用于多电平逆变器的载波相移THI-PWM调制技术,使得系统的波形系数从1.732上升到2,直流电压利用率提升15%左右。在Matlab/Simulink中搭建了三相五电平逆变器模型进行仿真验证,结果证明了该方法理论的正确性和可行性。     

中点活箝位三相五级逆变器研究

二极管中点箝位(Neutral point clamped,NPC)多级逆变器因其输出电压、功率较高,适用于中、大功率装置的应用。为了得到它输出正弦波形的电压和电流,常要应用脉宽调制(PWM)。实践证明,这种中点箝位多级逆变器中开关元件损耗不均匀,如NPC三相三级逆变器中只有外围的6只电力电子开关元件可作PWM控制,导致其开关损耗和发热远大于内圈6只元件。为解决上述问题,应充分发挥多级逆变器潜力,中点活箝位(Active NPC,ANPC)多级逆变器被提出。对于中、大功率风力和太阳能光伏发电的电流波形,一些标准要求愈来愈严,希望省去滤波器,为此,对ANPC三相五级逆变器作了分析,并提出采用PWM控制原理,仿真结果表明达到了较好效果,这为进一步开发实际装置奠定了基础。     

Z源并网逆变器的间接单周电流控制策略

针对直接电流控制方式需要较多的采样环节造成控制电路结构复杂,且控制精确度依赖于传感器精确度的缺点,提出一种无需电流采样环节的间接单周电流控制方式.以单相Z源并网逆变器为对象,建立其状态平均数学模型,以实现单位功率因数并网为控制目标推导占空比控制函数d(t),利用单周控制的思想,根据d(t)产生相应的开关驱动信号,从而控...     

Inverter for interchangeable use as current source inverter and voltage source inverter for interconnecting to grid

We propose a novel inverter that can be operated either as a current source inverter (CSI) or as a voltage source inverter (VSI) by changing only the control signals. It is proper to use it for interconnecting systems with renewable energy, such as photovoltaic cells or wind generation systems, to a grid. This inverter is usually operated as a CSI connected to the grid. Even if the energy source has a lower voltage than the grid, energy can be supplied to the grid through the proposed inverter. The power factor can be brie?y maintained close to unity. When power supply from the grid is interrupted, the proposed circuit should be operated as a VSI in the stand‐alone operation mode. In this way, the circuit can maintain a constant output voltage to the loads. In this paper, the proposed circuit con?guration and the control schemes for both the CSI and the VSI are described. The circuit characteristics for both are also discussed experimentally. © 2013 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 183(4): 45–53, 2013; Published online in Wiley Online Library (wileyonlinelibrary.com). DOI 10.1002/eej.22349     

基于新型SVPWM的NPC/H桥五电平逆变器共模电压抑制策略研究

为解决逆变器中共模电压随其电平数增加而幅值增大的问题,以中点箝位H桥五电平逆变器为例,分析共模电压的产生机理,并提出一种基于参考电压矢量分解的新型五电平空间矢量脉冲宽度调制(SVPWM)算法。该算法直接将五电平分解为两电平,避免了先将五电平转化为三电平,再将三电平转化为两电平的繁琐过程且可适用于更高电平。基于该算法设计了一种通过合理选择空间矢量来抑制共模电压的五段式调制方法。理论分析、仿真与实验结果表明,该方法可以将共模电压最大值抑制到单相直流电压源电压值的1/3,比传统SVPWM算法下降了60%;同时,逆变器的开关损耗也得到了减小。     

基于Z源逆变方式的多功能三相测试源

提出了一种采用新颖的Z源逆变方式应用于万能式断路器的测试电压源。利用Z源独特拓扑将直流电压源和逆变器主电路相耦合,结合相应的控制方法可以使逆变输出正弦交流电压高于直流侧的母线电压,扩大了输出电压的调节范围,同时又能实现调频、调幅、调相等控制功能。     

A three‐phase voltage‐source PWM inverter system characterized by sinusoidal output voltage with neither common‐mode voltage nor normal‐mode voltage

This paper deals with an inverter system integrating a small‐rated passive EMI filter with a three‐phase voltage‐source PWM inverter. The purpose of the EMI filter is to eliminate both common‐mode and normal‐mode voltages from the output voltage of the inverter. The motivation of this research is based on the well‐known fact that the higher the carrier or switching frequency, the smaller and the more effective the EMI filter. An experimental system consisting of a 5‐kVA inverter, a 3.7‐kW induction motor, and a specially designed passive EMI filter was constructed to verify the viability and effectiveness of the EMI filter. As a result, it is shown experimentally that both three‐phase line‐to‐line and line‐to‐neutral output voltages look purely sinusoidal as if the inverter system were an ideal variable‐voltage, variable‐frequency power supply when viewed from the motor terminals. This results in complete solution of serious issues related to common‐mode and normal‐mode voltages produced by the inverter. © 2003 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 145(4): 88–96, 2003; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.10206     

基于二极管箝位型三电平逆变器的调制方法研究

本文全面分析了三电平逆变器中应用的载波调制法和空间矢量调制法。详细阐述了这两类调制算法各自的优缺点。进一步分析两类调制方法的内在联系,包括调制信号与空间矢量;零序电压与冗余矢量的分配因子,推导了各个扇区零序电压的表达式。最终得出空间矢量调制就是中心化的三角-正弦调制的结论。基于以上联系三电平空间矢量调制可以通过合适的零序电压注入由三角-正弦调制等价地实现。仿真和实验结果验证了该结论的正确性。     

Hysteresis current control with distributed shoot‐through states for impedance source inverters

This paper presents a hysteresis current control technique with shoot‐through states distribution. This control algorithm could be applied to three‐level and multi‐level inverters with any impedance source network where reference current control signal along with shoot‐through states are required. Possible modifications of the presented algorithm are discussed. The steady‐state analysis was made to explain the operation principle of the algorithm. As a result, the link between the band ratio of the hysteresis current controller, the input voltage, and the desired DC‐link voltage was obtained. All theoretical predictions were proved by simulation and experimental results. Future applications are discussed.Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.