一种单相三电平中点钳位整流器的SVPWM控制方法

针对单相电压型三电平中点钳位(NPC)整流器,首先分析其工作原理,建立其基于开关函数的数学模型。针对单相三电平整流器直流侧两电容电压调节不平衡问题,探讨了一种基于空间电压矢量调制(SVPWM)控制方法和电压前馈的中点电位控制方法,并在Matlab环境下进行了计算机仿真。仿真结果表明,在机车运行的两种典型工况即牵引和再生制动下,SVPWM调制使得牵引变压器一次侧功率因数接近于1,在电网侧可获得近似正弦的电流波形,而且该调制方法易于离散数字化实现。该电压平衡方法能够有效地平衡直流侧电容电压。     

单相三电平整流器双滞环SVPWM电流控制方法

基于电压空间矢量分析原理,提出了一种适用于开关管钳位混合单相三电平整流器的双滞环SVPWM电流控制方法。分析了单相三电平整流器的工作模式,提出了一种四态双滞环比较器来控制电流内环。根据输入比较器的误差电流大小,输出四种状态值,结合由电动势与预测电流离散化计算得到的指令电压矢量的所在区域,选择最佳开关输出矢量,使得电流误差控制在系统要求范围内。通过Matlab仿真,比较了跟踪电压矢量、两态单滞环、四态双滞环SVPWM电流三种控制方法,仿真结果验证了四态双滞环电流控制的优越性,通过小功率样机实验验证了双滞环控制算法的可靠性。     

基于三电平SVPWM调制的Vienna整流器中点电压均衡控制

Vienna整流器的中点电压振荡问题会造成直流侧电容电压分布不均,导致交流侧输入电流波形畸变,开关器件承受电压不一致而损坏等问题。针对Vienna整流器中点电压不平衡的问题,研究了三电平空间矢量调制对Vienna整流器中点电压产生的影响。首先介绍了Vienna整流器的工作原理,然后分析了空间矢量对中点电压的影响,并基于SVPWM调制提出了一种中点电压波动的抑制策略。最后,搭建了15 kW实验样机,验证了所提控制策略的有效性,解决了中点电压不平衡的问题,明显改善了输入电流波形质量。     

基于d-q轴解耦和中点电位控制的高性能三电平NPC整流器控制方法

首先建立了基于开关函数的三电平中点钳位(NPC)电压型整流器的数学模型,分析了它的工作原理.提出了一种基于d-q轴解耦和中点电位控制的高性能三电平中点钳位PWM整流器控制方法.该方法具有电流控制精度高,能够实现有功电流和无功电流的无差调节的优点,并且通过设计中点电位控制器,能够有效抑制由外部扰动和调制方法造成的中点电位的直流和低频脉动.通过系统的仿真和实验,验证了该数学模型的正确性,以及该控制方法的优异性能.     

三电平NPC整流器空间矢量脉宽调制及中点电位平衡控制

为了减少开关损耗和避免不同区域矢量在扇区切换中发生突变,提出了一种最优的空间矢量脉宽调制算法,即所有输出矢量的首发矢量全部采用负小矢量。具体给出了参考电压矢量在矢量空间中具体位置的判定、相应的输出电压矢量作用顺序,推导了三角形顶点各开关矢量的作用时间以及脉冲的输出。基于检测到的三相输出电流、中点电流方向和直流侧电容电压,提出了利用冗余电压小矢量精确控制中点电位平衡的策略,并用实验结果验证了中点控制策略和调制算法的正确性。     

单相三电平脉冲整流器无锁相环直接功率控制

以单相三电平脉冲整流器为研究对象,以取消网侧电压锁相环,实现有功和无功功率解耦控制为目的,首先,建立单相三电平脉冲整流器数学模型。其次,根据有功和无功功率定义,提出一种单相无锁相环(phase-locked loop,PLL)瞬时功率计算方法,并给出详细证明过程,在此基础上,提出一种频率补偿算法,以实现无锁相环非同步旋转坐标系坐标变换。然后,分析了基于功率前馈解耦的PI控制与内嵌中点电位平衡的单相三电平空间矢量调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)相结合的单相三电平脉冲整流器控制策略。最后,对所提出的无锁相环直接功率控制与SVPWM算法进行了计算机仿真和半实物实验验证,仿真和实验结果都验证了该算法的正确性和有效性。     

单相三电平脉冲整流器无差拍预测直接功率控制

以我国CRH2(China railways highspeed 2)型高速动车组的单相三电平脉冲整流器为研究对象,以提高其动态响应速度及控制精度为目的,该文首先建立单相三电平脉冲整流器数学模型,分析传统基于比例积分(proportional-integral,PI)控制器的定频直接功率控制(direct power control,DPC)的工作原理,在此基础上,提出一种基于自回归算法的单相无差拍功率预测DPC算法。与传统PI定频DPC算法相比,该DPC算法无需网压相位检测装置,如锁相环(phase locked loop,PLL),降低了硬件设计及软件编程的复杂度;而且由于采用自回归算法,实现了有功和无功功率的无差拍预测,提高了整流器负载动态变化时的响应速度。然后,结合内嵌中点电位平衡功能的单相三电平空间矢量调制算法(space vector pulse width modulation,SVPWM),构建了完整的单相三电平脉冲整流器DPC与SVPWM控制系统。最后,对该功率预测DPC和传统PI定频DPC算法分别进行了计算机仿真和半实物实验对比研究。仿真与实验对比分析结果证明了该无差拍功率预测DPC算法的正确性和有效性。     

NPC三电平整流器中点电位控制方法的研究

为了解决三电平整流器中点电位不平衡问题,以NPC型三电平整流器为例,在介绍NPC型三电平整流器的主电路结构基础上,分析了中点电位不平衡问题。详细介绍了基于SVPWM控制的中点电位控制策略,通过合理地选择正负短矢量来使中点电位趋于平衡。提出了一种改进方法即基于电荷守恒的控制策略,以保持一个采样周期内流入中点的电荷等于零为原则,通过控制正负短矢量的作用时间来控制中点电位。通过计算机仿真分析验证了中点电位控制方法的有效性。     

基于g-h坐标系SVPWM算法三电平PWM整流器的研究

介绍了三相三电平二极管中点钳位型PWM整流器电路拓扑.详细分析了空间矢量脉宽调制(SVPWM)的基本原理,针对传统的复杂SVPWM算法,分析了一种基于g-h坐标系的简化SVPWM算法.这种方法在矢量选取和作用时间计算方面进行了简化,避免了大量三角函数的运算,可以应用到三电平及多电平SVPWM算法中.最后在Matlab仿真环境中建立了三相三电平PWM整流器的电压定向控制系统(VOC)的仿真模型,对三电平g-h坐标系SVPWM算法进行了仿真研究,仿真结果验证了该算法的有效性.     

三电平中点箝位式逆变器SVPWM方法的研究

本文论述了三电平中点箝位式逆变器SVPWM原理和实现方法,为了避免三电平逆变器在扇区切换中输出矢量突变,提出了一种首发矢量全部采用正小矢量或负小矢量的空间矢量调制算法,利用三个判断规则,可以很方便地确定出参考矢量所在的扇区和小三角形,并给出了合成矢量的相应输出电压矢量,推导了三角形顶点工作矢量的作用时间.通过检测负载电流方向和直流电容的电压,合理分配正负小矢量对的作用时间,实现了电容电压的平衡.仿真研究结果证实了本文提出的空间矢量调制算法的有效性.     

三电平逆变器的空间矢量脉宽调制方法

介绍了三电平逆变器的一种空间矢量脉宽调制方法。仿真结果证明了这种空间矢量脉宽调制方法的有效性。     

基于脉冲跳变的空间矢量脉冲宽度调制策略

针对二极管钳位型单相九电平逆变器,分析其工作原理,提取了逆变器工作的有效开关状态。根据伏秒平衡原理和两矢量三段式调制规律,提出了一种基于脉冲跳变的空间矢量脉冲宽度调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)策略。通过分析所有开关周期脉冲的跳变情况,给出了脉冲类型的判断条件,并根据脉冲类型计算起始和终止电压矢量及其作用时间;同时,应用FPGA设计了模块化SVPWM控制系统,并对该控制系统进行了时钟与资源消耗评估。性能分析结果表明,该调制策略计算速度快、资源消耗小。最后,仿真与实验结果验证了所提调制策略的正确性和有效性,而且能够有效地均衡电容电压。     

Control of three phase PWM rectifier using virtual flux‐based predictive direct power control and SVM under harmonic conditions

In this paper, a new predictive direct power control algorithm to control the PWM rectifier based on virtual flux (VF) is presented. In this algorithm, supply network and the line inductances are assumed as an induction machine and so virtual flux space vectors are assumed corresponding with the space vector of the network voltages. Instantaneous active and reactive powers and finally convertor average voltage in both stationary and rotating reference frames are calculated by the virtual flux space vector components. The main advantages of the proposed method are low total harmonic distortion of the input current and low ripple in the instantaneous active and reactive powers and direct current‐bus voltage under harmonic distorted condition of the supply voltage in comparison with voltage‐based predictive direct power control (V‐PDPC) method. Proposed VF‐PDPC method with space vector modulation switching strategy was tested in simulations and compared with the V‐PDPC method. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

三电平逆变器窄脉冲补偿方法研究

二极管箝位三电平逆变器在中压大功率场合应用很广泛。采用可关断晶闸管GTO(Gate Turn-off Thyristor)或集成门极换向晶闸管IGCT(Integrated Gate Commutated Thyristor)时存在窄脉冲NPW(Narrow Pulse Width)问题。窄脉冲问题与中点电位波动问题相互交织在一起,目前的算法还没有非常成功地在一种PWM方法中解决好这两个问题的方法。SVPWM方法也都无法扩展到三电平以上。基于三电平SPWM方法。提出了零序电压注入ZSVI(Zero-Sequence Voltage Iniection)窄脉冲补偿方法。零序电压注入即在三相参考电压中注入零序电压分量。仿真结果表明。采用ZSVI方法输出电压总谐波畸变率THD(Total Harmonic Distortion)大大减小,输出电压THD不再受增加最大、最小窄脉冲宽度影响。因此可以通过增加最大、最小窄脉冲宽度提高系统的可靠性。而不影响系统的性能．提出的ZSVI方法可以推广到任意电平的逆变器的控制．     

基于零序电压分量注入的单相三电平NPC整流器脉宽调制方法

直流侧中点电位电压偏移是多电平中性点钳位型变流器的主要缺点。以单相三电平NPC整流器为研究对象,以实现直流侧中点电位无漂移为控制目标,以传统的单相三电平单极性载波脉宽调制方法为基础,首先提出一种基于零序电压分量注入的载波脉宽调制算法;然后在此基础上给出基于零序电压分量极限值注入的载波脉宽调制算法;并给出这2种方法的零序电压分量的设计方案;最后,对这2种方法进行了详细的理论分析、计算机仿真和1kW样机实验对比验证。研究结果表明：所提出的2种算法都能有效实现直流侧中点电位平衡控制,其中基于零序电压分量极限值注入的载波调制算法的中点电位控制具有更快动态响应速度,且其网侧电流的高次谐波主要分布在开关频率附近;而基于零序电压分量注入的载波调制算法的网侧电流高次谐波主要分布在2倍开关频率附近。但是在一个调制信号周期内,基于零序电压分量极限值注入的载波调制算法的开关切换次数比基于零序电压分量注入的载波调制算法低25％左右。     

Space vector pulse‐width modulation theory and solution for Z‐source inverters with maximum constant boost control

The theory of space vector pulse‐width modulation (SVPWM) technique for the three‐phase Z‐source inverter has been introduced in detail, and a novel implementation scheme based on the maximum constant boost control method is presented in this paper. Like the traditional carrier‐based maximum constant boost control strategy, the proposed control method is able to achieve the maximum voltage boost ability while always keeping the shoot‐through duty ratio constant. Besides, it inherits the advantages from the SVPWM technique. Compared with carrier‐based strategies, it has wider linear operation range and is easier for digital implementation. The number of switching transition in each switching cycle is reduced, which significantly decreases switching losses. To investigate the advantages of lessening switching losses, three optimal switching patterns are proposed and compared with the carrier‐based strategy. It is demonstrated that the number of switching transition can be reduced by 60% at most by the proposed SVPWM‐based control method. All the theoretical analysis has been validated by the simulation results in MATLAB/Simulink at last. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

A comprehensive study of space vector pulse‐width modulation technique for three‐phase Z‐source inverters

The space vector pulse width modulation (SVPWM) technique has received much attention for three‐phase Z‐source inverters (ZSIs). The differences and connections between the SVPWM technique for ZSIs and for traditional voltage source inverters have been discussed as well. By selecting different null state and shoot‐through state, three switching patterns with different switching numbers have been studied, and the harmonic spectrums of these three patterns are demonstrated. In this paper, the solutions of maximum boost control and constant boost control methods using SVPWM techniques with less switching actions have been proposed and compared with the carrier‐based strategies. Selected experimental results have been provided to validate the theoretical analysis. This work will be beneficial for understanding the SVPWM concept and modulation techniques of the three‐phase ZSIs. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于SVPWM的VIENNA整流器研究

分析了三相三开关三电平(VIENNA)整流器的工作原理,研究了其空间矢量脉宽调制(SVPWM)的实现方法,提出了此整流器的矢量控制策略.采用电压外环和电流内环的双闭环控制,实现了VIENNA整流器的高性能特性.基于Matlab仿真平台,搭建了VIENNA整流器的仿真模型,仿真结果表明,该整流器能实现良好的动态性能和稳态性能.