优化的准双极性调制三电平逆变器中点平衡控制

二极管钳位式三电平逆变器的拓扑结构导致了中点电位的不平衡,其实质在于有电流流过直流侧的电容中点。准双极性调制策略能充分利用冗余电压小矢量抑制中点电压波动,但对深度调制时中矢量引起的电位波动却无能为力。为此提出一种抑制中点电位波动的有效控制方法。该方法基于首发矢量为正小矢量的准双极性调制策略,并引入一个控制因子k,根据直流侧中点电位重新分配下一个采样周期内的正、负小矢量作用时间,以此来实时控制流入电容中点的电荷量,减小中点电位的波动。为便于硬件实现,减少窄脉冲的发生,又对k进行了分级控制设计。Simulink仿真结果验证了该方法的有效性。     

一种基于虚拟空间矢量的三电平NPC变换器中点电位平衡控制方法

为了解决中点箝位式(NPC)的三电平变换器拓扑结构容易导致直流侧中点电位不平衡和传统虚拟空间矢量脉宽调制(VSVPWM)在大调制比的情况下无法维持中点电位平衡的问题,在虚拟空间矢量脉宽调制的基础上,对虚拟零矢量、虚拟长矢量和虚拟中矢量进行了进一步的研究后,对这三个虚拟电压矢量的定义进行了改进,得到了一种改进的控制方法,使在高调制比下依然可以控制中点电位的平衡。从而与传统虚拟空间矢量脉宽调制方法相比,改进后的虚拟空间矢量脉宽调制方法让可控范围变大,整体的控制效果更好。最后进行了仿真,其结果证实了该控制方法在大调制比的情况下可以维持直流侧中点电位的平衡。     

考虑中点电位平衡的三电平逆变器断续脉宽调制策略研究

在大功率逆变器中采用断续脉宽调制(discontinuos pulse width modulation,DPWM)可实现开关损耗不变的前提下,有效提高逆变器等效开关频率,提高系统控制性能,降低滤波器的设计难度。但三电平DPWM中点平衡控制尚未有很好的解决方案。该文以三电平DPWM1为例,分析基于空间矢量脉冲宽度调制的三电平DPWM1实现方法。借鉴连续调制的中点平衡控制方法定量分析三电平DPWM1及其冗余矢量序列(DPWM3)对中点电位的影响。文中提出一种基于DPWM1和DPWM3混合调制策略,该调制策略能有效控制中点电位平衡,在中点电位调节期间开关频率基本不变,两种调制算法的切换采用滞环方式,切换时选择两种调制算法每个小扇区中的共同矢量作为切换矢量,减小切换造成的额外开关动作。最后,仿真和实验结果验证所提的调制策略的有效性。     

基于IHPWM的三电平VIENNA整流器中点电位平衡策略

针对三电平VIENNA整流器固有的中点电位波动问题,详细分析了中点电位平衡控制的可控和不可控区域,提出了一种改进型混合调制IHPWM(improved hybrid pulse width modulation)策略,即在可控区域采用空间矢量脉宽调制SVPWM(space vector pulse width modulation)策略,在不可控区域采用虚拟空间矢量脉宽调制VSVPWM(virtual SVPWM)策略。仿真实验表明,改进型混合调制方法能够有效地降低低频脉动,更好地平衡中点电位。     

三电平中点钳位电压型逆变器带不平衡负载时的复合控制策略

为了改善不平衡负载条件下三电平中点钳位型(NPC)电压型逆变器的输出电压波形,采用了延迟信号撤销法(DSC)分离出正序和负序电压分量分别进行控制。但此方法在修正了电压波形的同时,会进一步增加输出电流的不对称性,导致在空间矢量脉宽调制算法(SVPWM)下三电平NPC电压型逆变器中点电位的波动加剧。针对这个问题,计算了负序电流分量对中点电位波动的影响。结果显示随着负序不平衡度增加,中点电位等效控制能力有可能增大或者减小,主要取决于输出功率因素。而当调制比>0.5时,由于功率因数和负序不平衡因数不匹配,在该开关周期内无法对中点电位进行补偿。同时也找出了1个开关周期内控制冗余小矢量的作用时间对中点电位调整能力的边界,从而建立了中点电位控制的空间矢量调制算法。另外,提出了基于DSC算法对电压正负序分量进行分离,分别在正向负向旋转坐标系下进行电压控制,并结合中点电位控制的复合控制方案。仿真计算表明该控制方案下,负序电压分量在负方向旋转的坐标系下得到控制,同时负序电流作用使得中点电位的波动加剧,但是在空间矢量中点电位调制下,中点电压波动得到抑制。仿真结果验证了该复合控制策略下三电平中点钳位型电压型逆变器具有较好的带不平衡负载的能力。     

四桥臂三电平逆变器3D-SVPWM调制策略

针对四桥臂三电平中点钳位型逆变器传统的复杂三维空间矢量脉宽调制算法和中点电位不平衡问题,提出了基于分解思想的3D-SVPWM调制策略和基于电荷守恒的中点电位平衡算法。该调制策略将αβγ坐标系下四桥臂三电平逆变器电压矢量空间分布在αβ平面上的投影分解为两电平结构进行分析,并利用两电平的调制策略实现对参考电压矢量的调制;提出的中点电位平衡算法,根据电荷守恒原理调整冗余矢量的作用时间实现对中点电位的控制。与传统的调制策略相比,所提调制策略极大地简化了运算过程,并且实现了直流侧上下电容电压平衡。仿真和实验验证了本文所提策略的正确性。     

三电平NPC逆变器共模电压抑制

调制策略是三电平中点箝位(NPC)型逆变器的关键技术之一。传统脉宽调制策略能平衡中点电位,但会产生较大共模电压(CMV)。针对上述缺点,提出一种基于零序电压(ZSV)注入的三电平正弦波脉宽调制(SPWM)策略,能同时平衡中点电位和抑制CMV。在一个载波周期内,所提调制策略通过ZSV的注入和调制波的分解,能保证中点电位的平衡;通过调制波的分解和开关序列的优化,能抑制逆变器产生的CMV。该调制策略实现简单、计算时间少,能在输出电压全范围内控制中点电位平衡,同时能有效抑制CMV。最后,与传统空间矢量脉宽调制(SVPWM)策略进行实验结果对比分析,验证了所提调制策略的可行性和有效性。     

中点电位不平衡度反馈的三电平虚拟空间矢量调制方法

中点电位不平衡是中点箝位型三电平逆变器的固有问题。提出了一种基于中点电位不平衡度反馈的虚拟空间矢量调制方法,考虑到中点电位偏移时小矢量和中矢量的变化,对三电平空间矢量进行重新分区,构造虚拟矢量。引入中点电位不平衡度,根据中点电位偏移方向和相电流的方向,选择有利于平衡中点电位的小矢量,合理安排矢量序列,实现对中点电位的精确控制。提出的控制算法能在全调制度下消除中点电位的低频波动,有效治理中点电位偏移,开关损耗低,动态性能好。仿真和实验研究验证了算法的有效性。     

一种三电平虚拟空间矢量调制简化方法

虚拟空间矢量调制(VSVPWM)在三电平变换器中点电位平衡控制方面性能优异,可在全工况内实现中点电位平衡.传统的虚拟矢量调制算法中仍采用查表法,占用大量的计算资源.为简化VSVPWM算法,此处基于虚拟空间矢量的空间对称性提出在旋转60°坐标系下的扇区划分和基本矢量作用时间计算.实验结果表明了简化VSVPWM算法的有效性和正确性.     

计及功率极性和序列连续性的三电平闭环虚拟矢量调制策略

针对三电平变流器应用于大功率高速航空起动发电机系统所产生的中点电位偏差问题,提出一种考虑起动发电两种功率极性和开关序列连续性的中点电位偏差闭环虚拟空间矢量调制策略.建立了三电平变流器输出电压序列的中点电荷模型,据此分析了低载波比工况下虚拟空间矢量调制策略及闭环虚拟空间矢量调制策略下中点电位不平衡问题.在传统虚拟空间矢量...     

基于载波SPWM与SVPWM混合控制的三电平逆变器中点电位平衡策略

针对空间矢量脉宽调制SVPWM(space vector pulse width modulation)在功率因数较低的情况下,失去对钳位型三电平逆变器直流母线中点电位的控制效果的问题。通过研究载波正弦脉宽调制SPWM(sinusoidal pulse width modulation)与SVPWM的本质联系,将从SVPWM调制原理出发,推导出控制中点电位所需的零序分量,构造相应的调制波,通过载波SPWM法抑制中点电位波动,从而提出一种基于载波SPWM与SVPWM混合控制的中点电位平衡策略。最后仿真结果验证了这种混合控制策略可以有效地抑制中点电位漂移。     

基于空间矢量调制的非隔离型V2G系统共模电流抑制

从系统高频共模等效模型入手,分析确定产生共模电流的激励源;改进传统抑制共模电压空间矢量调制(SVM)算法,优化三相三电平车网互动(V2G)开关状态转换次序,形成五段式去冗余SVM算法,有效抑制共模电压,但三相三电平V2G中点电位不平衡会对共模电压产生影响,限制了共模电流抑制效果。提出了从控制算法和拓扑改进2条途径分别实现中点电位平衡的控制方法。采用控制算法途径时,引入虚拟空间矢量调制(NTV2),剔除输出共模电压幅值较大的冗余小矢量,保证了共模电流抑制效果;重新定义虚拟小矢量和虚拟中矢量,在新型虚拟矢量空间下,提出分区域的混合调制策略,使其开关频率固定,通过控制开关周期内的平均中线电流为零实现中点电位平衡。采用拓扑改进途径时,调制方式仍采用上述五段式去冗余算法,以抑制共模电流;在直流母线处引入H桥平衡电路(或与之等效的单桥平衡电路),根据中点电位的偏移方向,选择平衡电路工作模式来调整直流母线电容所带电荷量,从而抑制中点电位的偏移,并可设置电压误差滞环,进一步增强了该方法的普适性和鲁棒性。仿真实验验证了理论分析和2套协同控制策略的正确性。     

一种新型的三电平VIENNA整流器调制策略

对三相三线三电平VIENNA整流器进行研究,构建了整流器电压和电流双环控制环路。针对该整流器降低开关损耗和中点电位控制问题,在分析冗余小矢量对中点电位影响的基础上,首先提出了2种新的对中点电位影响相反的五段式断续调制序列,在此基础上又提出了旨在降低开关损耗的集中式大电流不动作调制原则并引入一角度调节量对不动作区域进行拓展,实现了兼顾中点电位平衡控制的同时最大限度地降低开关损耗。仿真和实验进一步验证了所提调制策略的有效性。     

Line-to-line Voltage Space Vector Modulation for Neutral-point Clamped Multi-level Converter with DC-link Capacitor Voltage Balancing Using Redundant Vectors

This article presents space vector modulation of line-to-line voltage for the three-phase neutral-point clamped n-level converter with DC-link capacitor voltage balancing using redundant vectors. The developed modulation strategy is based on an equivalent matrix structure of the neutral-point clamped n-level converter. The relation between the 3 × (n – 1) switching functions of the matrix converter and gate signals of transistors of the neutral-point clamped n-level converter is given. A line-to-line space vector modulation strategy for a matrix inverter is used to obtain the switching function. For one switching function, there is more than one combination to produce each output voltage. Thus, redundancies of different switch configurations for generation of intermediate voltages are used to limit the deviation of capacitor voltages. The gate signals of the neutral-point clamped n-level converter can be calculated by inversing the modeling parts. Here, line-to-line voltage space vector modulation for a neutral-point clamped n-level converter is designed without using a Parks transform. Moreover, n × (n – 1) redundant vectors are used for DC bus voltage balancing. To highlight the performances of the developed modulation strategy, simulation results are given for five- and seven-level neutral-point clamped converters. Experimental results are given for a neutral-point clamped three-level converter.     

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。     

一种变载波偏置的三电平中点电压平衡控制

提出了一种基于变载波偏置空间矢量脉宽调制(SVPWM)的三电平逆变器中点电压平衡控制方法。该方法根据中点电压偏移方向,在载波上叠加相应的偏置量,从而改变正负小矢量作用时间,达到调节中点电压平衡的目的。论文对中点电压不平衡的数学关系进行了分析,并在分析了空间矢量对中点电压影响的基础上对本文提出的中点电压平衡控制方法的原理进行了理论推导。最后通过仿真验证了该方法的可行性和有效性。仿真结果表明,该方法不仅能够实现中点电压平衡控制,而且改善了输出波形质量,减小了输出谐波。该控制方法运算简单、能够灵活调节中点电压平衡,且便于数字化实现。     

考虑中点电位平衡的三电平Boost-逆变器协调控制

针对常见的二级式三电平Boost-逆变器,为降低逆变器开关损耗,同时控制中点电位平衡,提出了一种空间矢量不连续调制及其中点电位平衡策略。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,不仅可以发挥逆变器不连续调制低开关损耗的优势,同时还可以实现中点电位平衡控制,降低逆变器调制策略复杂度。最后,通过仿真验证了该控制策略的有效性。     

60°坐标系下三电平逆变器SVPWM方法的研究

对于中点箝位三电平逆变器,传统的空间矢量脉宽调制方法需要进行大量的三角函数运算及扇区判定,增大了控制器的计算工作量。为解决这一问题,该文研究一种基于60°坐标系的空间矢量脉宽调制方法。该方法采用正(负)小矢量首发的七段式调制技术生成所需的空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)波形,同时,根据负载电流方向及上、下电容(C1、C2)电压的大小,利用正、负小矢量对电容中点电压的不同作用,通过改变电压调整系数对正、负小矢量的作用时间进行调整,进而降低电容中点电压的不平衡程度。仿真结果表明,该方法可省去扇区判断过程,缩小计算工作量,维持电容中点电压基本平衡。     

具有中点电位非对称控制的VSVPWM技术

在降低NPC式三电平逆变器中点电位波动问题时,传统的VSVPWM算法未考虑直流侧电容电压非对称情况。为此,需从理论上探讨对称时的虚拟矢量形式是否适用于非对称状态下的各虚拟矢量。提出了具有中点电位非对称控制的VSVPWM技术,并在引入中点电位不平衡度的基础上通过改进零矢量的持续作用时间实现直流侧电容电压非对称控制。该方法具有较宽的调制比适用范围,并能够精确地控制直流侧电容电压,提高线电压质量,有效降低中点电位波动幅度。仿真和实验结果验证了该方法的有效性和优越性。