二极管箝位级联多电平变换器控制方法的研究

级联多电平变换器和二极管箝位多电平变换器是近年来研究较多的两种多电平拓扑,介绍了结合二种拓扑特点的二极管箝位级联多电平变换器的拓扑结构,详细讲述了谐波最优化阶梯波技术的基本原理,并且对二极管箝位级联九电平变换器做出了仿真分析和实验结果。     

混合级联多电平变换器SHEPWM方法的仿真

研究了混合级联多电平变换器的特定谐波消除脉宽调制（SHEPWM）技术，针对1/4周期对称的混合级联多电平SHEPWM问题，提出了一种使用具有均匀电平的通用多电平SHEPWM方法求取预期的输出电压波形，然后采用混合级联多电平电路来实现所需电压和功率输出的解决办法。以两级混合级联多电平电路为例，对混合级联多电平逆变器的SHEPWM方法进行了仿真研究，结果证明：混合级联多电平SHEPWM非线性方程组形式和求解过程与通用的均匀电平多电平变换器一样简单，易于收敛；适用于通用均匀电平多电平变换器的SHEPWM非线性方程组求解问题的结论，完全适用于混合级联多电平变换器；直流母线电压利用率很高，电压调制比可以达到1.158；SHEPWM法的谐波消除效果非常理想，输出电压波形质量高，是混合级联多电平变换器的一种非常有效的控制策略。     

主从式级联多电平变换器及其控制方法的研究

针对混合级联多电平变换器的输出电压等级和中间单元功能不明确的缺点,提出了一种主从式级联多电平功率变换器的拓扑组合结构.主变换器用来实现基波功率输出,从变换电路用来改善输出波形质量.该主从式级联多电平变换器具有输出波形质量高、开关损耗小、系统整体效率高等显著优点,特别适用于高压或超高压功率变换系统,是一种非常实用的电路拓扑组合方式.文中给出了适合于该功率变换器拓扑结构的两种控制策略:三角载波调制控制策略和特定谐波消除(SHEPWM)控制策略,并给出了50Hz下三角载波控制策略的仿真结果.仿真结果证明了所提的主从式级联多电平功率变换及其控制策略的有效性和实用性.     

混合级联多电平变换器SHEPWM方法的仿真

研究了混合级联多电平变换器的特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)技术，针对1／4周期对称的混合级联多电平SHEPWM问题，提出了一种使用具有均匀电平的通用多电平SHEPWM方法求取预期的输出电压波形，然后采用混合级联多电平电路来实现所需电压和功率输出的解决办法。以两级混合级联多电平电路为例，对混合级联多电平逆变器的SHEPWM方法进行了仿真研究，结果证明：混合级联多电平SHEPWM非线性方程组形式和求解过程与通用的均匀电平多电平变换器一样简单，易于收敛；适用于通用均匀电平多电平变换器的SHEPWM非线性方程组求解问题的结论，完全适用于混合级联多电平变换器；直流母线电压利用率很高，电压调制比可以达到1．158；SHEPWM法的谐波消除效果非常理想，输出电压波形质量高，是混合级联多电平变换器的一种非常有效的控制策略。     

级联型多电平变换器一般构成方式及原则研究

级联型多电平变换器类似于积木化的结构,本文按模块单元的结构形式,将级联型多电平变换器分为相同单元和不同单元两类,以输出最大电平数为目标,系统地分析模块单元个数与最大输出电平数、输入直流电压与最大输出电平数、以及输出电平数与谐波畸变率之间的关系,从中归纳得到构造级联型多电平变换器的指导原则.仿真和实验证明了文中理论研究的正确性.     

级联多电平高压DC/AC变换器单周控制策略

将单周控制技术用于级联多电平变换器提高其控制性能.在理论分析的基础上,建立了级联多电平DC/AC变换器单周控制模型,并建立了4个3级H桥三相级联多电平电路仿真实例.在开关频率为2 500 Hz、滤波电感为4 mH、滤波电容为14 μF、每级H桥直流侧电压为500 V并在10％范围内变化时,变换器输出交流相电压幅值为1 ...     

三相线电压级联多电平变换器原理及仿真研究

级联多电平变换器以其良好的性能在电力电子变换领域有着广泛的应用,但目前仅有单相串联结构,不易直接应用与三相系统。为研究三相线电压级联多电平变换器,结合单元串联多电平变换器原理,提出了一种三相线电压级联多电平变换器的拓扑结构及其相应的控制方法,并进行了仿真研究。结果表明,这种模块化的结构构具有提升电压等级、降低总谐波次数THD的功能,与单元串联多电平变换器相比,能够节省开关管个数及独立直流电源个数,适合在高压大功率场合使用。     

基于PSM技术的一种新颖级联多电平变换器研究

脉冲阶梯调制(PSM)技术是将脉宽调制(PWM)技术和阶梯调制(SM)技术相结合,是级联多电平逆变器中一种广泛应用的调制方式。将PSM技术应用于级联多电平变换器,控制方便简单,能用较少的H桥输出较多的电平数且输出电压连续可调。仿真和实验结果表明,PSM技术能够很好地应用于级联多电平变换器中,输出电压波形总谐波畸变率小。     

基于直流储能的15电平混合级联变换器调制策略比较

多电平级联变换器由H桥子模块串联而成。将3个H桥子模块级联而成的传统级联7电平变换器的直流储能供电电压之比从1:1:1改为4:2:1,可得到一种改进版基于直流储能的15电平混合级联变换器。针对此调制策略进行研究,提出了一种新的适用于由直流储能装置供电的多电平变换器开关角度的算法。基于Saber仿真软件,分别应用阶梯波调制、PWM以及部分PWM 3种不同的调制策略进行验证和比较。最终,基于不加任何滤波器的输出电压总谐波失真、低次谐波分量以及该变换器开关损耗方面的仿真结果进行了对比,并对相应的调制策略进行了探讨。     

三相线电压级联VIENNA变换器调制及直流侧电压控制

针对H桥级联多电平变换器存在开关管及直流电容数量多、控制复杂等问题,提出一种三相线电压级联VIENNA变换器拓扑。分析该拓扑的等效电路模型、各支路电流关系式及等效电平级数,设计基于单周期级联控制的功率因数校正脉宽调制(PWM)策略;推导出此拓扑直流侧电容电压的数学表达式,得出它的最小平均值及谐波成分的最大值;提出零序电流注入法实现级联变换器直流侧电容电压均衡控制。仿真分析和实验结果表明,提出的新型变换器拓扑及其控制策略,其开关管的耐压大大降低,并具有较高的功率因数和较低的总谐波畸变率(THD),可以保持各模块直流输出电压均衡性,可作为新一代高压大功率变换器的整流级。     

一类新型的单相直接式电流型多电平变流器拓扑

目前的多电平变换技术主要是针对电压型逆变器.随着超导储能技术的发展,电流型逆变器的储能效率问题必将得到解决,电流型多电平逆变器也将得到广泛应用.文中提出了一类新型单相直接式电流型多电平拓扑.该类拓扑结构非常简单,所用开关器件和均流电感的数目非常少.文中分析了由该类拓扑组成的单相五电平、七电平变流器的工作原理,并研究了它们在感性负载和容性负载时的变流器输出波形.针对该类拓扑,还给出了一种通过调节输出电平宽度消除低次电流谐波的方法.仿真和实验结果验证了新拓扑的正确性和谐波消除法的可行性.     

多电平双移30°永磁同步电机的矢量控制系统

为了进一步提高调速系统的容量,降低输出谐波和转矩脉动,将多电平逆变器与多相电机相结合,给出了五级十一电平级联型多电平逆变器驱动双移30°永磁同步电机的六相调速系统拓扑结构,分析了电压空间矢量在各正交空间的分布,研究了基于双级联型逆变器的四矢量空间矢量脉宽调制（SVPWM）算法。基于Matlab的仿真将级联型多电平逆变器驱动的双移30°永磁同步电机矢量控制系统与两电平逆变器驱动的双移30°永磁同步电机矢量控制系统进行比较,前者的转矩、稳态电流等性能均优于后者,其稳态电流总谐波畸变率仅为2.68%。基于 DSP的实验表明级联型多电平逆变器输出波形接近正弦波,转矩脉动较小,稳态电流谐波含量低,达到了预期的控制效果,从而验证了本文所提方法的可行性。     

级联多电平逆变器开关角度的研究

为了改善级联多电平逆变器输出电压波形质量,提出了一种优化谐波消除技术。通过控制逆变单元开关角度实现级联多电平逆变器谐波控制,在消除低中频谐波成分的同时寻求总谐波畸变率(THD)最小的一组开关角。建立了仿真和实验模型,对该组角度进行仿真和实验验证,其结果验证了优化谐波消除技术的正确性。     

基于级联式电压源逆变器的静止同步补偿电压控制器的设计

为了提高静止同步补偿器的耐压水平和容量,尽量限制系统谐波失真,同时减少逆变器的附属设备,设计了一种新型级联式电压源逆变器构成的静止同步补偿电压控制器,并对该控制器的运行进行了研究。根据该级联式三相三电平电压源逆变器的拓扑结构,该静止同步补偿器可以在没有变压器的情况下运行,并可以限制谐波失真到一个非常小的值。同时,给出了由级联式多电平电压源逆变器构成的静止同步补偿器的运行原理。     

Flying Capacitor Multilevel Inverter Control Considering Lower Order Harmonics Elimination Based on Newton-Raphson Algorithm

Newton-Raphson-based flying capacitor multilevel inverter modeling is investigated for capacitor voltage balancing. Without using voltage feedback, Newton-Raphson method determines the best switching pattern for maintaining nil mean current in all capacitors, hence minimizing the capacitor voltage fluctuation and eliminating certain harmonic orders. Flying capacitor multilevel inverter (FCMI) modeling is developed to work with the selective harmonic elimination (SHE) technique to obtain a programmable pulse generator for multilevel inverter commutation cell control. Theoretical results are verified by experiments and simulations for a flying capacitor four-level inverter. Results show that the proposed method does effectively eliminate a number of specific low order harmonics, and the output voltage is resulted in low total harmonic distortion and with balanced flying capacitors.     

Multilevel selective harmonic elimination PWM technique inseries-connected voltage inverters

Selective harmonic elimination pulsewidth modulation (SHEPWM) method is systematically applied for the first time to multilevel series-connected voltage-source PWM inverters. The method is implemented based on optimization techniques. The optimization starting point is obtained using a phase-shift harmonic suppression approach. Another less computationally demanding harmonic suppression technique, called a mirror surplus harmonic method, is proposed for double-cell (five-level) inverters. Theoretical results of both methods are verified by experiments and simulations for a double-cell inverter. Simulation results for a five-cell (11-level) inverter are also presented for the multilevel SHEPWM method     

一种新的分相控制式三相电流型五电平逆变器

在一个三相直接式多电平电流型逆变器（CSI）中利用PWM技术来消除输出电流谐波是非常困难的。文中提出了一类新的三相分相控制式电流型5电平逆变器拓扑。这类拓扑通过三相星形负载的中性线进行解耦，逆变器的每相都可以独立控制，因此可以将多电平PWM技术应用到该类逆变器以减小输出电流谐波。文中给出了一种多载波PWM技术的数字化实现方案。文中以单相逆变器单元为例介绍了三相5电平逆变器的工作原理。最后建立了一个三相分相式5电平CSI的实验系统，验证了文中的结论。随着超导储能系统技术的发展及其应用，电流型多电平变流器将具有广泛的应用前景。     

级联型多电平逆变器最小总谐波失真阶梯调制策略研究

为了降低级联型多电平逆变器的输出电压谐波分量,提出了一种新颖的基于KKT条件最优化方法的阶梯调制策略。利用KKT条件法,经过严格的数学推导,得到相应的导通角计算方法,所提出的阶梯调制策略能够在任意调制系数下最小化阶梯波输出的总谐波失真(THD)。另外利用牛顿-拉普逊迭代法来求取上述导通角计算中的关键参数。为了克服牛顿—拉普逊迭代法计算速度慢的缺点,提出了幂函数逼近法来简化计算复杂度。最后,对上述方法进行了仿真分析,得到了固定和可变调制系数下的级联逆变器输出电压波形和其频谱分布。仿真结果证实了调制策略的有效性。     

Cascaded Common Nodal Point Multi-level Inverter Topology

Recent trends in the multi-level inverter (MLI) technology demand reduced number of switches, driver circuits, isolated DC sources, peak inverse voltage (PIV), appreciable number of voltage level, and lower total harmonic distortion. This paper presents an improved cascaded MLI configuration. Each module comprises ten switches, two isolated DC sources, and two capacitors; it can generate a maximum of 9-level output voltage waveform. Optimized switching sequence is developed that ensures minimum switching transitions and is implemented through single-carrier pulse width modulation for the control of the proposed topology. The classical cascaded H-bridge inverter and some recently developed MLI configurations were compared with the proposed inverter circuit. Results show that the proposed inverter configuration generates high number of output voltage levels with reduced number of power switches and PIV. It also has a lower per-unit power loss profile. Unit capacitor voltage balancing scheme is developed, which ensures proper control of the unit step voltage level in each of the cascaded modules, at extreme loading condition. For two cascaded inverter modules, simulation and experimental verifications are carried out on the proposed inverter for an R–L load. Simulation results of the output voltage waveforms and its harmonic spectrum are in conformity with experimental results.     

Staircase Control of Hybrid Cascaded Multi-level Inverter

A cascaded multi-level inverter consists of H-bridge modules that can generally be divided into one with the same DC bus voltage and another with different DC bus voltages. By using the same power device as a standard 7-level 3H-bridge converter, the proposed converter operates with 15-level resolution with separate DC voltage sources of voltage ratio 4:2:1. The analysis of this hybrid cascaded converter with staircase control shows that this proposal can be applied in many power conversion applications, such as flexible alternative current transmission systems, uninterruptible power supply, and electric power conversion, transmission, and storage of renewable energy sources. Simulation results are presented with the proposed 15-level cascaded H-bridge inverter for a low distortion, near-sinusoidal stepped-voltage output, and a laboratory prototype of a 15-level insulated gate bipolar transistor-based cascaded H-bridge inverter is designed and implemented on a digital signal processor. The total harmonic distortion is proved less than 5%.