基于三电平优化矢量的异步电机模型预测直接转矩控制

针对模型预测三电平直接转矩控制需对27个电压矢量进行价值函数优化评估,使得计算量过大而不利于实际应用的问题,提出一种基于三电平优化矢量选择器的异步电机模型预测控制方案,根据转矩和定子磁链的给定值得到期望的优化电压矢量,只需对优化电压矢量所在扇区的有限的4个矢量进行优化评估,有效降低了求解计算量。进一步地,为降低开关频率,在价值函数上加入对IGBT开关切换次数的约束,形成具有开关频率限制的模型预测控制策略,在兼顾转矩和磁链偏差的同时降低逆变器开关频率。针对三电平预测控制中的中点电压平衡问题,根据中点电压大小和电机电流方向,实现了中点电压平衡控制。仿真和实验结果验证了所提出控制方案的正确性和可行性。     

NPC型三电平并网逆变器模型预测功率控制研究

根据NPC型三电平逆变器的特点,本文提出一种新型模型预测功率控制,可以提高电流跟踪的速度和精度。首先对NPC型三电平逆变器进行建模,然后在两相静止坐标系下建立预测功率的模型,在此基础上提出了模型预测直接功率控制。该方法用电压矢量作为基本控制矢量,利用电压矢量误差最小的价值函数实现功率控制。并针对实际系统中存在延迟的情况,设计了延时补偿的控制方法。为了进一步解决NPC三电平逆变器的中点不平衡问题,通过侧电容和下侧电容电压的差值,通过选择小矢量实现中点电位平衡控制,实验结果验证了本文提出的新型模型预测直接功率控制策略可以同时实现并网电流快速跟踪和中点平衡控制问题。     

T型三电平逆变器无差拍电流预测和中点平衡控制方法

根据T型三电平逆变器的特点,提出一种新型无差拍预测控制方法。和传统无差拍方法相比,该方法能够提高电流跟踪的速度和精度,在相同开关频率下可使输出并网电流畸变减少。为了进一步解决T型三电平逆变器固有的中点不平衡问题,提出一种新型SVPWM调制策略实现中点平衡控制。在分析T型三电平逆变器模型的基础上,根据上侧电容和下侧电容电压的差值,通过增加或者减少小矢量作用时间实现中点电位平衡控制。实验结果验证了所提出的新型无差拍控制和SVPWM调制策略可以同时实现并网电流快速跟踪和中点平衡控制问题。     

一种优化三电平ANPC逆变器的MPC策略

针对三电平逆变器存在的中点电压波动,器件损耗不平衡等问题,提出了一种用于改善三电平有源中点钳位型逆变器(ANPC)中点电压平衡,系统响应速度等性能的模型预测控制算法。该算法基于Lyapunov函数的电压模式控制,利用逆变器功率开关的离散行为,设置开关状态控制器预选择电压矢量,利用优化后的开关状态矢量集来控制逆变器的功率开关。在MATLAB/Simulink环境中搭建了三相三电平ANPC逆变器模型,同SVPWM算法比较更好地平衡了中点电压和减少谐波含量,同时使计算速度提高了17.37%,总谐波失真降低了22.33%。验证了所提策略的有效性和合理性。     

零序分量注入型三电平感应电动机矢量控制系统

提出一种基于三电平中点箝位(NPC)逆变器的零序分量注入型感应电动机矢量控制方案。系统中使用快速电流控制的直接转子磁链定向矢量控制模式,由于定子电流是由快速电流环控制,因此系统中不用使用定子电压方程,并且不需要解耦电路。转子磁链位置角由磁通模型计算得到。感应电动机由三电平NPC逆变器供电,三电平NPC逆变器由于开关器件的电压应力是传统两电平逆变器开关器件上电压应力的一半,所以适合用于中压调速系统。逆变器控制采用开关优化PWM算法,通过注入零序分量,不但优化功率器件的开关频率,而且可以稳定中点电位。仿真结果表明,该方法在三电平逆变器供电的感应电动机上有效地实现了矢量控制,并且具有很好的性能。     

二极管钳位型三电平逆变器共模电压抑制

二极管钳位型(NPC)三电平逆变器是一种应用广泛的多电平逆变器结构。中点电位不平衡是NPC三电平逆变器固有的缺点。传统虚拟空间矢量调制(NTV2)能在输出电压全范围内控制中点电位平衡,但其产生的共模电压较大。针对上述缺点,提出了一种新型NTV2方法,选用产生共模电压较小的基本电压矢量合成新的虚拟小矢量和虚拟中矢量。同时,提出相占空比法,降低了新型NTV2方法的开关频率,使其开关频率固定。仿真和实验结果验证了新型NTV2方法能够有效地抑制共模电压,且在输出电压全范围内控制中点电位平衡。     

无权重系数的三相八开关模型预测电流控制

针对三相八开关容错逆变器(ESTPI),提出一种能够抑制直流侧两电容电压不平衡同时无需调整权重系数的模型预测电流控制方法.首先,基于三电平中点钳位型逆变器,分析三相八开关逆变器的拓扑结构与数学模型、电容电压不平衡的原理及构建其数学模型;其次,利用已知的阻感负载数学模型预测电流,为使系统能够在容错控制后稳定运行,以抑制电压不平衡以及控制电流为目的,构建传统模型预测电流控制的代价函数;然后,为消去权重系数,分析与构建出无权重系数的代价函数,考虑实际应用,对系统进行延时补偿,在传统的模型预测电流控制与已分析得到的数学模型的基础上,搭建所提出方法的系统模型;最后,通过仿真验证所提算法的正确性与有效性.     

低开关频率下三电平逆变器的中点电位控制

为减少大功率变换器功耗,需降低器件开关频率,但将造成输出侧电流谐波含量显著增加,影响三电平逆变器中点电位控制精度。为解决这一问题,以二极管箝位型三电平逆变器为对象,在分析低开关频率对中点电位影响的基础上,明确了三电平逆变器低开关频率分段调制的理论分界点。针对低调制度区域所采用的常规SVPWM算法,提出了一种基于桥臂优化选取的中点电位控制方法,该方法只需判断中点电位差,无需引入输出侧电流,从而避免了低开关频率下电流畸变严重对电流极性的影响,有效保证了中点电位平衡。仿真及实验验证了该中点控制方案在开关频率500 Hz时,仍能保持较好的中点电位误差在1%Vdc之内。     

一种零序电压注入的T型三电平逆变器中点电位平衡控制方法

T型三电平逆变器因其功率器件使用数量少、通态损耗低和功率密度高而被广泛应用于低压大电流领域。T型三电平逆变器的中点电位平衡控制是其关键技术之一,中点电位的不平衡将会导致输出电压和电流的谐波畸变率增加,且会降低直流侧电容的使用寿命。该文在传统的零序电压注入法基础上,研究了一种基于前馈加反馈补偿的零序电压注入,用以控制中点电位的平衡和抑制低频电压的脉动。通过建立T型三电平逆变器的开关函数模型和中点电位模型,详细分析了中点电位的平衡机理,推导了三相调制电压与注入零序电压之间的关系。该方法省去了复杂的占空比计算,可以实现中点电位平衡控制和低频电压脉动的抑制。最后通过实验验证了所提出的控制方法的正确性和有效性。     

一种三电平逆变器直流侧电容电压平衡新方法

二极管箝位型三电平逆变器直流侧存在中点电位不平衡的问题,需增加反馈控制环节控制中点电位的平衡,即通过传感器检测逆变器直流侧电容电压及中点电流变化情况来控制中点电位的平衡。提出了一种新的中点电位平衡控制方法,无需增加反馈控制环节,直接利用三电平的统一快速算法和随机函数,使其在不同开关周期内对不同小矢量设置不同的时间分配特性,来增加相应的正或负小矢量对中点电流的控制能力,实现对二极管箝位型三电平逆变器直流侧电容电压平衡的控制。实验验证了该方法的正确性和有效性。     

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。     

基于空间矢量切换的三电平逆变器中性点电位平衡策略

中性点电位平衡问题是三电平逆变器在应用过程中需要考虑的一个重要问题,中性点电位不平衡不仅会增加功率开关器件的电压应力,并且在有源逆变的应用场合会造成逆变失败。首先建立三电平逆变器的数学模型,详细分析了空间矢量脉宽调制的特性和中性点电位失衡的原因,在此基础上研究了一种基于空间矢量切换技术的中性点电位平衡策略,根据实时直流电容电压和交流电流,通过正负小矢量进行等效切换完成对当前PWM信号的修正,从而实现中性点电位达到平衡状态,仿真结果验证了该方法的正确性。     

动车组三相三电平T型逆变拓扑及其简化调制

针对传统动车组NPC三电平逆变器拓扑结构和调制算法的复杂性,对T型拓扑进行分析,阐述了T型拓扑的特点和能平衡器件损耗的优点。进一步简化了三电平逆变的SVPWM调制方法,同时对中点电压不平衡引入调节系数进行控制。最后进行了仿真验证。结果表明,T型结构引入中点电位调节系数后具有较好的带不平衡负载的能力,证实了T型结构的正确性与在动车组牵引传动中应用的有效性。     

改进的中点钳位型三电平逆变器非连续脉宽调制策略

为了降低开关损耗,非连续脉宽调制(DPWM)方法被广泛应用于中点钳位型三电平逆变器(NPC-TLI),但是DPWM在中点电压的控制上表现了某些不足。为了减少NPC-TLI的开关损耗并同时控制中点电压,文中采用切换钳位模式来实现对中点电压的有效控制。为了避免在切换钳位模式时引入附加开关动作,提出了一种可实现钳位模式无缝切换的改进的脉宽序列的DPWM策略。通过仿真和实验,对所提策略、传统DPWM和现有优化DPWM算法进行了比较。理论分析和实验结果均表明,所提策略具有良好的中点电压控制能力以及开关损耗降低能力。     

中压并网变流器的模型预测直接电流控制

为了提高三电平中点钳位型中压并网变流器的控制性能,设计了一种新颖的模型预测直接电流控制(MPDCC)策略。新型MPDCC控制器基于虚拟电阻较好地处理了LCL滤波器谐振问题。同时,MPDCC控制器具有较长的预测范围,故基于虚拟电阻的参考项在每个步长内与状态轨迹一起被预测,从而使得控制器做出更准确的决策,获取更高的控制精度。利用仿真平台和实验设备进行了仿真研究和实验验证,结果表明,所提出的方法在电网电压扰动下能表现出较好的稳态特性,同时动态性能也较优。     

Neutral Point Potential Balancing Algorithm at Low Modulation Index for Three-Level Inverter Medium-Voltage Drives

Three-level inverters produce low harmonic distortion of the ac currents even when operated at moderate switching frequency. This makes them the preferred candidates for high-power medium-voltage applications. To improve the utilization of the semiconductor devices, synchronous optimal pulsewidth modulation is employed. This permits reducing the switching frequency to very low values. Carrier modulation is maintained in the lower range of the modulation index. Operation at very low switching frequency increases the steady-state ripple of the neutral point potential. An intrinsic natural balancing mechanism of the neutral point clamped inverter topology eliminates long-term neutral point potential offsets. Transient conditions, however, may create successive increments of the offset to high values, which requires fast compensation. The novel method of selecting the appropriate redundant inverter sub-bridge meets this requirement without incurring additional penalties. The effectiveness of the approach is documented by experiments obtained from a medium-voltage motor drive fed by a 1-MVA three-level inverter     

有源钳位型三电平特定谐波消除调制方法研究

有源钳位型三电平逆变器可以实现功率器件损耗的平衡分布,均衡功率器件结温,间接提高逆变器的容量。特定谐波消除法具有波形质量高、开关损耗低的特点。本文提出了一种有源钳位型三电平逆变器的特定谐波消除调制方法,能够同时兼顾输出电压波形质量、开关器件的损耗和结温的均衡分布,在保证输出电压谐波特性的前提下降低逆变器开关频率,提高逆变器的设备容量。对所提出调制策略进行了损耗和结温的仿真分析,并在实验平台上进行了实验验证,仿真和实验结果验证了本文调制策略的有效性。     

适用于提高T型三电平储能变流器功率响应特性的模型预测控制算法

模型预测控制(model predictive control,MPC)已经广泛应用于电池储能系统。在传统中点钳位式(neutral point clamped,NPC)三电平储能变流器的每个开关周期内,其输出电压跳变不能超过直流母线电压的一半,该特点将严重影响变流器模型预测控制的功率响应特性。为此,提出一种基于T型三电平储能变流器的模型预测控制算法。在确保变流器输出有功功率、无功功率及中点电位偏差一定的前提下,采用遍历法寻求使变流器开关频率最低时的输出电压矢量,充分发挥T型三电平拓扑输出电压跳变不受限制的优势。采用几何分析法对比T型拓扑与NPC拓扑储能变流器的功率控制特性,分析结果表明,所提模型预测控制算法极大地提高了T型三电平储能变流器的功率控制特性。