Research of Wavelet Modulation for Single-Phase Three-Level Inverter

单相三电平逆变器小波调制策略的研究

刘洪臣,范国磊,苏振霞

（哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院,哈尔滨150001）

创新点说明：

提出了单相三电平逆变器的小波调制策略,提高了输出电压的基波含量,降低了输出电压的谐波含量。

研究目的：

将小波调制应用于三电平逆变器中,降低输出电压中的谐波含量。

研究方法：

1.小波调制策略从两电平逆变器扩展到三电平逆变器;

2. 通过理论分析三电平逆变器小波调制策略的输出电压基波和谐波含量,证明其方法的优越性;

3. 通过仿真和实验对所提方法的正确性进行了验证。

结果：

基于小波调制的三电平逆变器的输出电压的基波含量高,谐波含量低;

结论：

三电平逆变器小波调制的输出电压谐波含量小、基波幅值大,能很好的改善输出电压质量,并且开关频率低,算法简单,易于实现。对于小波调制策略而言,研究表明小波调制总采样组数D与电压谐波畸变率存在非线性关系,因此当选择适当的采样组数D时,逆变器的开关频率、开关损耗及谐波畸变率将很小。

关键词：小波调制;三电平逆变器;谐波含量;基波

     

采用三次谐波注入法的多电平级联H桥逆变器

阐述了级联H桥七电平逆变器拓扑结构和工作原理,分析了比较多电平逆变器常用PWM调制技术的优缺点,得出采用三次谐波注入方法控制多电平逆变器具有两个突出优点:电压调制度可以达到1.15;由N个单元组成的H桥逆变器的负载电压等效开关频率是每个单元开关频率的N倍.通过Matlab/Simulink仿真软件和DSP实验装置对三次谐波注入法多电平逆变器进行了仿真和实验研究,结果验证了该方法的正确性和可行性.     

基于比例谐振控制的电流源逆变器性能研究

随着反向阻断型功率开关器件和电感储能技术的发展,电流源逆变器已成为目前应用最为广泛的中压逆变器,但传统控制方案的电流源逆变器在较高的开关频率工作时,容易出现电流畸变、震荡等问题,导致电能质量降低,因此,不同控制方案是决定其性能的重要基础。文章针对光伏并网发电系统和不间断供电系统2种应用场景下的电流源逆变器优化控制问题,分析了基于比例谐振的控制方案特性,研究了控制系统的频域,并对其性能进行了仿真验证。结果表明:采用比例谐振控制的电流源逆变器,光伏发电系统中电网电流的谐波畸变率(THD)为3.22%,电流跟踪控制效果良好;不间断供电系统中,基于比例谐振控制的电流源逆变器的控制性能明显提高,公共连接点的电压波形THD为2.26%,不受非线性负载谐波的影响。     

级联多电平分布式开关电源调制方法研究

针对级联型逆变器结构的分布式电源的应用,提出了一种基于阶梯波的交流母线分布式电源电路.通过将具有不同相移的逆变单元输出的方波叠加,得到阶梯波交流母线电压输出.文章讨论了级联多电平逆变器的几种典型的阶梯波调制方法,提出了一种改进的等宽方波调制法.采用该调制方法的三单元逆变器母线电压的谐波含量降到了基波电压幅值的9.8%.使用该调制法的具体电路结构,最后通过了仿真实验验证.     

多电平变流器在直驱型风电系统的应用研究

为满足直驱型风力发电系统对变流器的要求,采用了级联型多电平逆变器替代传统的两电平逆变器。通过仿真分析表明,以变化的风速为输入,采用最大风能捕获时,逆变器输出电压可追踪电网电压频率和相位,实现单位功率因数输出。采用载波相移的SPWM调制方法,输出电压波形好,产生的高频谐波方便滤除。级联型多电平逆变器作为全功率变流器适合于直驱型风力发电系统。     

三电平PWM策略谐波性能的二重傅里叶分析

针对传统获取PWM环节输出谐波方法易受仿真步长、噪声、精度等影响,提出一种基于二重傅里叶积分的精确解析法,深入分析了三电平PWM的输出谐波性能.首先建立三电平变换器输出相桥臂电压的二重傅里叶方程;然后根据不同采样方式,引入对应的积分界限,解析分析其谐波成分.研究结果表明:不对称规则采样方式与对称规则采样相比,具有更好的谐波输出性能;三角载波调制时总谐波畸变率降低8.86%,空间矢量调制时能降低26.71%.理论推导与仿真结果对比分析表明,与常规FFT工具箱获取谐波畸变率相比,所提精确解析法能有效避免仿真误差、噪声等影响,具有更高的准确性.     

多电平逆变器电磁兼容性的实验

通过多电平逆变器电磁兼容性实验,提出了优化的5电平逆变器的拓扑结构和控制方法.实验结果表明,该方法能有效降低电磁干扰和输出电压的谐波含量.     

LCL型并网逆变器电流谐波抑制策略研究

日益增多的非线性设备使电网电压背景谐波含量增加,并导致逆变器的并网电流畸变。为了抑制并网电流谐波,提出了一种改进电网电压比例前馈控制策略,分析LCL型并网逆变器逆变侧电感值以及滤波电容值对电网电压比例前馈控制策略的影响,得到了逆变侧电感和滤波电容的优化选择方法,即根据逆变器的性能需求和设备安全需要,确定LCL型并网逆变器逆变侧电感和滤波电容的取值范围,并据此确定合适的电感值,继而通过选取较小的电容值降低并网电流的谐波含量,最后在LCL型并网逆变器样机中验证了该控制策略和优化方法的有效性。实验结果表明:采用基于滤波参数优化选择的电网电压比例前馈控制策略后,LCL型并网逆变器并网电流的总谐波畸变率由4.04%降至2.58%,对于谐波含量较高的3、5次低次谐波,均由2%降至1%以下,提高了逆变器的性能。     

60°坐标系下新型模块化多电平变流器空间矢量脉宽调制的简化通用算法

对任意电平逆变器在60°坐标系下的空间矢量脉宽调制通用算法进行研究;并在此基础上推导出了多电平与两电平电压矢量之间的作用时间矩阵;为了减小输出电压波形畸变率,降低开关的损耗,对冗余电压矢量的选择方法和最优合成顺序进行了确定,最后,在PSIM中搭建了模块化多电平的仿真模型,并将基于60°坐标系的空间矢量调制算法用程序实现,证明该简化算法的通用性和正确性,仿真实验也证明随着电平数的增加,输出线电压波形越接近正弦波.     

多电平逆变器准最优脉宽调制方法

多电平变换器是高压大功率应用领域的研究热点,文中针对多电平载波PWM技术中电压调制深度低和基波幅值小的问题,提出了一种新颖的多电平准最优PWM法,分析了输出最大电压调制深度、基波幅值和谐波畸变率等,同时给出了输出电压开关切换角、最优调制波形等的求解方法,并进行了计算机仿真。结果表明,该方法极大地提高了输出电压调制深度和基波幅值。     

一种高效DC-AC功率转换系统设计与仿真

为了减少DC-AC转换系统中转化器和逆变器开关损耗,设计了一种高效的、由双端降压转换器以及H桥逆变器组成的DC-AC功率转换系统.分别设计了降压转换器控制器以及逆变器控制器来控制双端降压转换器和H桥逆变器,通过双向降压转换器产生逆变器的混合输入电压,并在H桥逆变器添加简单的LC滤波电路,使得逆变器输出电压谐波失真被限制在0.2%以内,满足IEEE 519标准.结果表明,所提出的两级PEI的总开关损耗不足一级PEI的一半.此外,在负载阻抗和输出功率发生变化的情况下,也可以保证稳定的电压与电流控制性能.     

三电平逆变器驱动的IPMSM模型预测电流控制系统研究

三电平逆变器拓扑结构简单、所用器件较少且每个功率管所承受的电压应力小,适用于高电压、大容量的场合.相比于传统两电平逆变器,三电平逆变器输出电平的数量从2变成3,输出的电压电流谐波含量低,波形正弦度更好.本文提出内置式永磁同步电机模型预测电流控制算法,以提高控制系统电流动态响应速度,并针对该算法在控制系统中产生的时间延迟...     

串并联谐振高频交流电源研究

介绍了高频交流配电系统的电源——高频串并联谐振变换器电路,分析了其工作原理,介绍了参数选择方法,并针对稳态分析了输出电压的有效值,总谐波含量以及变换器的效率。     

一种高性能逆变电压源的控制系统分析与设计

给出一种用于三相电能表测试的高性能交流逆变电压源的新型控制方案,对该方案进行了详细分析与设计实验测试结果表明：该电压源具有波形失真度小,稳定度高,并且在任何功率因数负载情况下都具有良好的性能     

基于单Z源三电平SVPWM逆变器的电池充放电控制方法

提出了基于单Z源三电平SVPWM逆变器的蓄电池充放电策略,并设计了闭环控制系统.研究了电流前馈解耦的阶段式充电、功率前馈解耦的恒功率放电,以及恒功率放电时的升压控制方法.经Matlab仿真验证,该系统可实现蓄电池充电时的限功率恒压、恒流控制,以及具有升压特性的输出恒功率并网控制.     

一种三电平光伏并网逆变器SVPWM的优化算法

三电平逆变器具有耐压等级高、谐波含量低、开关损耗小等优点,应用于光伏并网发电领域能提高系统的容量和效率,但是其空间矢量调制（SVPWM）存在运算复杂、实现困难等问题.文章介绍了三电平光伏并网逆变器的主电路结构和工作原理,并针对其SVPWM算法的复杂性,提出一种三电平SVPWM的简易算法,将三相正弦调制波修正到两电平下,利用零序分量注入法实现两电平下的SVPWM调制并反修正到三电平,使得运算量大为化简.搭建10kW三电平光伏并网逆变器实验平台,实验结果证明了本文提出的简易调制策略的正确性.     

基于单极性倍频SPWM调制的逆变电源系统研究

针对大功率条件下开关频率不能过高的问题,在传统三环控制基础上,采用单极性倍频SPWM波调制方式,使逆变器在开关频率较低的条件下,输出电压波形畸变率满足指定要求.在介绍其调制原理的基础上,利用Matlab/Simulink建立该系统仿真模型,并通过实验验证.结果表明,该方法能够有效地降低输出波形的THD.     

Sliding mode control of solid state transformer using a three-level hysteresis function

The solid state transformer(SST) can be viewed as an energy router in energy internet. This work presents sliding mode control(SMC) to improve dynamic state and steady state performance of a three-stage(rectifier stage, isolated stage and inverter stage) SST for energy internet. SMC with three-level hysteresis sliding functions is presented to control the input current of rectifier stage and output voltage of inverter stage to improve the robustness under external disturbance and parametric uncertainties and reduce the switching frequency. A modified feedback linearization technique using isolated stage simplified model is presented to achieve satisfactory regulation of output voltage of the isolated stage. The system is tested for steady state operation, reactive power control, dynamic load change and voltage sag simulations, respectively. The switching model of SST is implemented in Matlab/ Simulink to verify the SST control algorithms.     

三电平逆变器控制方式性能比较

介绍了二极管钳位式三电平逆变器电路拓扑及控制策略,在Matlab／Simulink下进行建模与仿真,通过比较三电平逆变器输出电压和输出电流及其谐波特性,分析了同相层叠载波控制方式和反相层叠载波控制方式的优缺点,为以后进一步研究打下基础．