基于切换调制波的三电平有源中点钳位逆变器优化容错技术研究

传统基于空间矢量脉宽调制的容错技术可在不增加硬件设备的情况下实现三电平有源中点钳位（ANPC）逆变器的容错运行,但存在两电平跳变、中点电压不平衡和输出电流畸变的缺陷。为解决以上缺陷,该文首先分析了三电平ANPC逆变器在开路故障时的有效开关状态,然后推导了控制三相只输出负、零电平和正、零电平的调制波;然后在此基础上,依据故障相电流方向切换使用调制波并利用有效开关状态输出三相电平,提出基于切换调制波的优化容错技术（OFTBSM）及其中点电压平衡控制策略;最后,分析OFTBSM的容错性能、中点电压波动和谐波性能。仿真和实验结果证明,OFTBSM可使三电平ANPC逆变器在单相最多四个器件同时开路时保持平稳运行,并可防止两电平跳变、降低电流谐波、控制中点电压平衡。此外,OFTBSM还具备鲁棒性强、计算简单、实现方便的优点。     

有源钳位三电平变频器改进SVPWM策略

中点钳位(NPC)三电平变频器存在功率器件损耗不平衡问题,部分器件发热严重,限制了变频器容量和开关频率的提升,有源中点钳位(ANPC)三电平变频器通过不同的零电压输出状态可以平衡功率器件的损耗。通过选取不同的冗余零状态,提出一种适用于ANPC三电平变频器、可以平衡功率器件损耗的改进空间矢量调制(SVPWM)算法。对所提SVPWM算法和传统正弦矢量脉宽调制(SPWM)算法进行仿真对比,分析功率器件损耗分布情况,结果表明所提方法可以平衡功率器件的损耗,提高变频器的容量和开关频率。另外,和SPWM算法相比,采用SVPWM算法输出电压可以提高15%,电流谐波畸变率会有所降低,最后通过实验验证了所提算法的正确性。     

有源中点钳位型三电平并网逆变器多目标优化预测控制

有源中点钳位型(ANPC)三电平变换器作为并网逆变器能够实现功率器件的热损耗平衡,适用于光伏发电系统.针对传统中点钳位型(NPC)三电平并网逆变器开关管发热不均衡等问题,本文提出一种ANPC三电平并网逆变器的多目标模型优化预测控制方法,基于三电平输出的开关状态需要遵循单位电平跳变的原则,剔除不符合跳变原则的开关状态,减...     

基于多目标模型预测控制的ANPC并网逆变器

三电平有源中点箝位(ANPC)并网逆变器能够平衡器件功率损耗,有效提高输出电能质量和效率.以三电平ANPC并网逆变器为研究对象,提出了一种多目标优化模型预测控制(MOO-MPC)算法,通过消除三电平输出可能产生多电平跳变的开关状态,可以减少模型的滚动优化次数.通过器件的开关动作损耗线性拟合,实时计算出各开关器件的功率损耗,并在目标成本函数中令不平衡损耗最小化.最后,通过算例分析验证了该控制方法的正确性和有效性.     

ANPC三电平逆变器SHEPWM优化研究

对有源中点箝位型(ANPC)三电平逆变器在特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)控制策略下的母线中点电压平衡问题进行了研究。通过研究SHEPWM与空间矢量脉宽调制(SYPWM)的本质联系,将SHEPWM三相输出视为与SVPWM一致的空间矢量集,分析SHEPWM的解得到开关矢量对中点电压的影响,从而提出一种SHEPWM优化控制策略,该控制策略通过动态变换SHEPWM的开关状态,将一个小矢量替换为与之成对的另一个小矢量,从而在不影响消除线电压特定谐波的前提下,选择合适的小矢量使中点电压趋于平衡,最后搭建了三电平实验平台对所提出的控制策略进行实验验证,实验结果表明了该控制策略的有效性。     

三电平中点箝位型逆变器中点电压平衡和控制方法研究

建立了三电平中点箝位型逆变器中点电压的数学模型;分析了在不同的负载条件下,传统的最近三矢量合成方法中点电压存在不能平衡的区域;利用合成空间矢量的调制方法,实现了对中点电压的有效控制。为了在扇区切换时输出矢量平稳过渡,提出了在每个大区内全部采用相同首发小矢量的方法。用MATLAB/Simulink仿真研究了中点电压平衡控制的效果,并用MOSFET搭建了三电平逆变器实验电路模型,对中点电压平衡控制效果进行了验证。实验结果证明了基于合成空间矢量的三电平NPC逆变器中点电压平衡控制方法的有效性。     

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。     

基于优化虚拟矢量的三电平逆变器中点电位平衡闭环控制

通过对二极管钳位型逆变器中点电位不平衡引起的直流侧电容电压振荡、功率器件电压应力增加及输出电压谐波等问题的分析,提出一种基于优化虚拟空间矢量的三电平逆变器中点电位平衡闭环控制方案,通过构建包含优化因子的最近三虚拟空间矢量模型合成参考空间矢量,根据中点电压实时反馈量对其进行优化,减少输出电压的谐波及失真,同时引入中点电位的不平衡量,计算出各优化虚拟空间矢量作用时间的补偿量,并利用对负载位移角的在线估计实现系统闭环控制。仿真与实验结果表明本方案具有良好的多电平逆变器中点电位平衡控制性能,有效降低了直流侧电容波动。     

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。     

三电平逆变器中点电压平衡的电压空间矢量控制原理及算法

分析了三电平电压空间矢量调制基本原理，深入研究了影响三电平逆变器中点电压平衡的主要因素，由此提出一种控制箝位二极管电压型三电平逆变器中点电压平衡的电压空间矢量算法。理论分析和仿真实验结果表明，所提出的控制算法能有效平衡三电平逆变器中点电压。     

三电平ANPC逆变器中点电压平衡和开关损耗减小的SVM控制策略

有源中点钳位型拓扑通过选择冗余开关状态和不同的电流通路能够有效控制器件的损耗平衡。论文对三电平有源中点钳位型逆变器中点电压平衡和开关损耗减少的控制策略进行研究,提出一种中点电压平衡和减小损耗的三电平空间矢量调制方法。将虚拟中矢量重新定义,新的虚拟中矢量由原中矢量和邻近的两对小矢量合成,因此参考矢量在空间矢量图的任何区域都有两个成对的正负小矢量参与合成,其中一个优先用于控制中点电压的平衡,另外一个可以用于其他控制目标。在每个开关周期内根据中点电压波动和开关序列选择合适的小矢量,在控制中点电压平衡的基础上有效地减小了器件的开关损耗。最后搭建三电平ANPC逆变器仿真和实验平台对提出的控制策略进行验证,实验结果表明了控制策略的有效性。     

一种无权重系数的三电平NPC逆变器低共模电压FCS-MPC算法

针对中点钳位式(neutral point clamped,NPC)三电平逆变器,传统低共模电压有限集模型预测控制(finite control set mode predictive control,FCS-MPC)算法通过评价函数约束进行中点电位平衡控制,需要额外设计权重系数,存在参数整定困难、影响输出电流谐波问题。该文提出一种无权重系数三电平NPC逆变器低共模电压FCS-MPC算法。首先,电压矢量控制集中舍弃正小矢量和PPP、NNN两个零矢量,将共模电压幅值抑制在Udc/6以下。其次,对控制集中每一个基本小矢量和中矢量,构造幅值和方向相同、对中点电位影响不同的冗余虚拟电压矢量。在控制执行过程中,第一步选出电流控制目标最优基本矢量,以保证输出电流谐波不受影响。第二步通过比较所选基本矢量及其冗余虚拟矢量作用,选出满足中点电位平衡控制目标矢量作为最优矢量,并将其开关序列作用于逆变器,从而省去权重系数。最后,实验验证所提算法正确性和有效性。     

一种具有中点电位平衡能力的两级三电平逆变器

三电平逆变器开关管应力小,开关损耗低,输出谐波小,因而在大、中功率开关电源中有广泛的应用前景,但其存在着母线电容中点偏移的固有问题,而传统中点电位平衡算法在负载参数变化时存在着不可控区域。采用双输出三电平Boost变换器作为前级,可以在保证宽范围输入电压的同时,对母线电容中点电位进行平衡。分析了传统中点电位平衡算法在负载功率不平衡时的失效问题,在此基础上利用前级三电平Boost变换器解决逆变器的中点偏移问题,给出了变换器平衡母线电容中点电位的一种控制方法,并与传统算法的效果进行对比,最后进行了仿真和实验验证。实验结果证明该方法能够很好的解决负载功率不平衡时三电平逆变器直流母线电容的中点偏移问题。     

有源中点箝位型五电平光伏并网逆变器研究

五电平逆变器具有输出电压谐波小、电磁干扰小等突出优势,但由于传统二极管箝位电路在输出电平数超过三电平时,存在直流侧平衡问题,并未在光伏系统中使用。有源中点箝位型(ANPC)多电平电路因其可在输出有功功率时保持直流侧稳定,故在此将该电路使用在五电平光伏逆变器中。根据该电路特点采用空间矢量调制方法和依据空间矢量的直流侧中点电位控制策略。最后通过仿真和实验验证了所提方法的可行性。     

多电平光伏并网逆变器中点电压平衡控制分析

高效、电网友好型等特征是光伏逆变器的发展方向,多电平光伏并网逆变器较两电平逆变器谐波更小、效率更高,因而受到了广泛的关注和应用。然而,其直流母线中点电压的不均衡是二极管箝位式多电平逆变器的固有问题,其根本原因在于中点电流的存在,因此,中点电压平衡的关键在于消除中点电流的影响。介绍了三电平逆变器的空间矢量控制方法,分析了中点电压不平衡的原理,并研究了几种常用的中点电压平衡控制策略,包括滞环中点电压控制、精确中点电压控制和虚拟空间矢量控制(VSVPWM)等,最后在MATLAB/simulink平台上对这几种控制策略进行了仿真验证,仿真结果表明控制策略能够很好地平衡中点电压。     

基于SPWM的三电平ANPC逆变器损耗平衡控制方法

有源中点箝位(ANPC)型多电平拓扑通过选择不同的电流通路可以使器件损耗分散在不同的开关管上。以三电平ANPC逆变器为研究对象,分析了在不同开关状态之间切换时各开关器件的损耗分布情况,采用正弦脉宽调制(SPWM)方法,提出了一种器件损耗分布平衡的控制策略。通过合理选择冗余状态使电流通过不同的路径,有效地实现了每相器件的损耗平衡。搭建三电平ANPC逆变器实验平台对提出的控制策略进行了验证。     

异步电机模型预测三电平直接电流控制

三电平逆变器为控制系统提供了更多的电压矢量,相对于传统两电平逆变器能够使得直接电流跟踪控制变得更加精确,能进一步减小电流纹波。但是三电平逆变器存在中点电压平衡问题,如果不对中点电压进行控制会使得电机无法正常工作,同时在大容量三电平逆变器中一般需要其降低开关频率。因此,提出一种具有中点电压平衡和降低开关频率功能的模型预测直接电流控制方案:通过对中点电压进行预测控制,在模型预测直接电流控制的价值函数中加入开关切换次数的约束,能将中点电压有效控制在给定的范围内,并同时实现逆变器开关频率的降低;针对控制延时导致定子电流在参考值附近振荡并增加电流纹波和转矩脉动,采用延时补偿提高控制系统性能。仿真和实验结果验证了所提方法的有效性和可行性。     

九段法调制的NPC逆变器中性点电位平衡策略

很多因素会导致三电平中点箝位(NPC)逆变器在三相不对称运行时产生中性点电压偏移,传统的七段法空间矢量脉宽调制(SVPWM)在高调制度的情况下存在不能平衡的区域,利用九段法SVPWM能实现对中性点电压的完全控制。九段法SVPWM控制将每个采样周期分成九段,开关时序完全对称,在每个大区全部采用相同的正小矢量首发,满足三电平NPC逆变器开关顺序设计的全部要求,并通过闭环控制实时调节冗余小矢量,使中性点电压平衡。仿真和实验结果表明,该方法能减少谐波含量,有效平衡中性点电压。     

新型三电平逆变电路设计及预测控制研究

针对航空功率三电平逆变器可靠性要求高的特点,提出一种新型三电平逆变器,该电路能实现在一定故障后保证系统两电平继续工作运行,具有系统工作可靠性高的特点。同时针对传统电路拓扑存在电容中点电位难以平衡的问题,引入中点电位控制桥臂进行独立控制。基于此,将有限集最优控制方法用于电路预测控制,提出有限控制集模型预测控制(FCS-MPC),将三电平开关控制矢量视为一个有限集,在此有限集中搜索使目标函数最优的开关矢量,保证了输出电压波形质量。仿真和实验证明了电路和控制方法的可行性与有效性。     

三电平直接功率拓展控制的最优向量通用判据

针对多电平逆变器的控制策略向量选择的问题,分析三电平逆变器的工作原理,提出一种可应用于三电平逆变器的基于直接功率控制的算法,通过三个滞环控制器来实现算法的控制.为协调控制系统的有功功率、无功功率和中点电压,提出一种基于直接功率控制的最优向量通用判据算法,通过分析各个逆变器电压矢量作用后产生的有功、无功、中点电压变化,选择合适的逆变器电压矢量来控制各个IGBT的关断.仿真结果证实了基于此算法的三电平逆变器直流母线电压稳定,交流侧电流和逆变器输出电压波形良好,同时中点电压滞环控制器抑制了中点电压的波动.