中压级联H桥换流器提高输出电能质量的锯齿载波NL-PWM策略

最近电平-脉宽调制(nearest level pulse width modulation,NL-PWM)技术是将最近电平调制(nearest level modulation, NLM)与脉冲宽度调制(pulse width modulation, PWM)有机结合的先进调制策略,适用于中压配电网级联H桥换流器,具有开关频率低和谐波特性好的优点。现有的NL-PWM调制基于三角载波,在中压配电网应用CHB子模块数较少的情况下,其输出电压的THD含量相对较高,并且其开关点随参考电压变化,不利于均压控制。由于锯齿载波具有固定的跳变点便于均压控制,通过对NL-PWM调制的基本原理的分析,推导了基于锯齿载波的NL-PWM输出电压波形的频谱;通过仿真分析了不同电平情况下锯齿载波NL-PWM的谐波特性,并将其调制性能与基于三角载波的NL-PWM调制方法进行了对比。最后,搭建了每相4个H桥模块级联的电力电子换流器进行了基于锯齿载波NL-PWM调制的实验验证。仿真和实验结果表明,锯齿载波的NL-PWM调制的输出电压和电流THD含量明显小于三角载波的NL-PWM调制。     

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。     

电容箝位型非对称H桥五电平逆变器 正弦脉宽调制控制

为简化多电平逆变器拓扑结构、提高性能,构建了电容箝位型非对称H桥五电平逆变器。提出一种新型的锯齿载波交错正弦脉宽调制(sine pulse width modulation,SPWM)策略,通过在每个载波周期内控制电容充、放电时间相等,保证电容电压平衡。采用锯齿载波,在扩展的三相系统中,控制任意两相电压相对应的脉宽调制(pulse width modulation,PWM)脉冲对始终位于对应锯齿载波的起始(末尾)侧,消除了线电压中部分相邻“电平层”交叠的现象。对3种同类五电平逆变器及其对应的调制策略进行对比分析,构建的拓扑所用功率器件最少,等效开关频率为载波频率的2倍,电容电压平衡且波动幅度较小,线电压谐波含量最少。实验结果验证了该拓扑及其调制策略的正确性与有效性。     

模块化多电平换流器调制策略研究

模块化换流器是应用于电压源换流器直流输电的新型多电平换流器拓扑。介绍了MMC最近电平调制策略和载波移相调制策略的原理,以及相应的电容电压平衡控制策略。分析了2种调制策略下输出电压电流的谐波特性,结果表明具有高开关频率的载波移相调制策略具有更好的谐波特性。在PSCAD/EMTDC中进行了仿真,验证了理论分析的正确性。     

三电平逆变器改进型同步不连续载波脉宽调制策略研究

以三电平逆变器为研究对象,提出避免相电压两电平跳变的改进型同步不连续载波脉宽调制策略(improved synchronizeddiscontinuouspulsewidthmodulation,ISDPWM)。针对传统SDPWM存在的相电压两电平跳变缺陷,文中首先分析相电压满足三相对称、半波对称、无两电平跳变和三相器件同时动作的ISDPWM开关序列设计原则。在此基础上,设计可解决传统SDPWM缺陷的ISDPWM I/II/III/IV和利用零电平钳位状态的ISDPWM A/B/C/D/E/F/G,并分析各ISDPWM的开关频率。通过对比各ISDPWM开关序列的加权总谐波畸变(weightedtotal harmonic distortion,WTHD)值,进一步得到WTHD最优的ISDPWM。为更方便的实现各ISDPWM开关序列,研究各ISDPWM对应的调制波与三角载波,并提出基于载波的ISDPWM。最后利用仿真和实验对载波ISDPWM的有效性进行验证,结果表明,其可在保证相电压无两电平跳变的前提下消除偶次谐波和3的倍数次谐波,且其计算简单、实现方便。     

基于双调制波的MMC载波调制策略

针对运行在低开关频率下的模块化多电平换流器(MMC)在传统载波调制中存在的输出电压总谐波畸变率(THD)高、子模块电压脉动幅值大等问题,提出了一种双调制波载波脉宽调制(DMWPWM)策略.将两个调制波的载波进行反相,以实现桥臂电平两倍的等效开关频率输出,降低输出电平的低频谐波分量.为尽可能减小排序均压控制过程中所导致的子模块电容电压过充及过放,通过无差拍预测定量分配控制误差最大的子模块的充放电投切时间以减小幅值波动.最终通过17电平MMC硬件以及仿真平台对桥臂输出电平频谱分布、子模块电压幅值脉动及幅值方差、输出电压THD进行对比研究.仿真和实验结果均表明DMWPWM策略可有效降低输出电压THD,并减小桥臂中的子模块电压幅值方差.     

级联型多电平逆变器的优化脉冲宽度调制控制策略

基于传统分析消谐波脉冲宽度调制PWM法（Subharmonic PWM,SHP-WM）,提出了一种适用于三相级联多电平逆变器的改进型调制方法,即载波重叠开关频率优化PWM法（CO-SFO-PWM）。新型PWM方法兼具载波重叠法和开关频率优化法的优点,可以增大输出线电压的基波幅值,提高直流电源电压利用率,改善输出线电压谐波性能,特别是在低调制下可明显减少输出线电压畸变率。以三相级联型7电平逆变器为例,通过Matlab进行仿真验证,有效地验证了CO-SFO-PWM调制方法的正确性。     

H桥级联SVG的载波移相调制技术研究

级联多电平高压大容量变流器已广泛应用于电力系统中,载波移相式正弦脉宽调制(CPS-SPWM)技术非常适用于大功率变流器场合。文中分别介绍了双极性CPS-SPWM调制方法和单极倍频CPS-SPWM调制方法,并基于PSCAD/EMTDC软件搭建仿真模型,采用频谱分析方法对其进行对比,结果表明采用双极性CPS-SPWM调制方法输出电压的最低次谐波群出现在N(N是指每相级联单元数)倍的载波频率附近,其等效开关频率提高了N倍,采用单极倍频CPS-SPWM调制方法的输出电压的最低次谐波群出现在2N倍的载波频率附近,其等效开关频率提高了2N倍,因此采用单极倍频CPS-SPWM调制方法其输出波形更接近正弦波,具有更好的消除谐波的特性。     

五开关五电平逆变器的载波交错SPWM控制方法

传统五电平逆变器所用开关器件较多,而五开关五电平逆变器简化了拓扑结构。分析五开关五电平逆变器的工作机理,给出其基于载波的SPWM控制的思路,进而提出五开关五电平逆变器的载波交错SPWM控制方法与FPGA实现手段。通过载波周期性正、负交错,采用调制波分层、分区的正弦脉宽调制方式,获得五电平输出电压的开关控制信号。仿真结果从理论上证明其开关损耗小,输出电压的谐波特性与H桥级联型一致。实验结果表明其在整个幅值调制比范围内都适用。仿真与实验结果验证了五开关五电平逆变器的载波交错SPWM控制方法的可行性与有效性。     

新型三电平NPC变流器双调制波载波调制策略

提出了一种新型三电平中点箝位(NPC)变流器双调制波载波调制策略。研究了新策略调制波与传统正弦脉宽调制(SPWM)策略调制波的关系,在尽可能减小系统开关频率的前提下推导了新策略调制波的解,并对新策略的直流电压利用率、器件开关频率和输出相电压总谐波畸变率(THD)等特性进行了深入研究,最后进行了实验验证。与传统三电平SPWM策略相比,虽然新型双调制波载波调制策略功率器件开关频率较高,但该策略在任意调制度和任意功率因数下均可保持直流电容电压的平衡,且具有简单易行、易于数字化实现的优点。     

混合十三电平逆变器的倍频调制及功率均衡方法

在逆变器输出电平数目相同的情况下,相比传统级联多电平逆变器,直流侧电压比为1:1:1:3的混合十三电平逆变器拓扑能够减少使用的直流电源和开关器件数量。为解决该拓扑级联单元间输出功率不均衡的问题,并实现倍频调制提高等效开关频率,提出一种在高压单元采用阶梯波调制、低压单元采用融合载波移相和载波移幅的混合倍频调制策略和该策略下的功率均衡控制方法,从而实现了全调制度范围内4个单元之间的输出功率均衡以及3个低压H桥单元之间开关损耗的平均分配,同时保证高压单元功率器件工作在基波频率状态,降低损耗,且逆变器输出电压波形具有3倍频特性。最后通过仿真和实验证明了理论分析的正确性及方案的可行性。     

多电平调制技术在10kV STATCOM中的应用研究

为了提高10kV级联H桥STATCOM的输出电压质量,将单极倍频CPS-SPWM调制技术和改进型载波层叠调制技术进行对比研究。在电压等级为10kV的STATCOM中,分析了不同载波频率下,STATCOM单相输出电压的谐波畸变率的变化。仿真和试验证明,单极CPS-SPWM相对于改进型载波层叠调制技术,具有波形质量好、谐波畸变率低和等效开关频率高等优势。     

一种新型飞跨电容型Zeta多电平逆变器

该文提出一种新型飞跨电容型多电平逆变器,该逆变器由Zeta变换器进行演变推导而得,具有可升降压、电容可自均压、钳位器件少、拓扑延展性好等优点,克服了传统多电平逆变器在应用方面的局限性。该文首先介绍该逆变器的工作原理,并采用单极性载波相移调制策略,在不提高载波频率的基础上提高其等效开关频率,降低输出电压的总谐波畸变率。此外,对Zeta五电平逆变器的开关器件电压应力、电容自均压的实现、升降压能力和拓扑延展性能方面进行分析。所提逆变器采用PR调节器对其进行闭环控制,通过仿真对其可行性进行验证,且在理论分析和仿真证明的基础上,对Zeta五电平逆变器搭建一台实验样机,实验结果验证该理论分析及仿真结果的正确性,以及该逆变器具有良好的动静态性能。     

三电平逆变器控制系统及PWM方法研究

三电平逆变器在高压大容量系统中有广泛应用,具有减少开关应力、改善输出谐波含量、无需高耐压参数开关器件等优点.此处针对列车用三电平牵引逆变器,基于现场可编程门阵列(FPGA)+双DSP架构的控制器进行对异步电机的运行控制,采用基于电压幅值和频率的电机控制方案,采用零序电压调节实现电容电压均衡控制;提出了一种基于FPGA+DSP的脉宽调制(PWM)方案和切频方法,实现开关频率的合理控制以及启动冲击电流的抑制;同时提出一种过调制方法,以提高直流母线电压利用率.最后,通过仿真和实验,验证了所提控制策略的有效性.     

飞跨电容型多电平整流器载波重构调制策略

针对飞跨电容型多电平整流器存在众多冗余开关状态的特性及飞跨电容的电压平衡控制需求,提出一种通用的载波重构调制策略。该策略通过构造多段锯齿形载波来增加调制自由度,在保持与载波同相层叠调制策略相同的线电压谐波性能的同时,还具备载波移相调制策略的飞跨电容电压自平衡特性。仿真与实验结果验证了所提调制策略的有效性。     

多电平调制技术在１０kVSTATCOM 中的应用研究

为了提高10kV 级联 H 桥STATCOM 的输出电压质量,将单极倍频 CPSＧSPWM 调制技术和改进型载波层叠 调制技术进行对比研究.在电压等级为10kV 的STATCOM 中,分析了不同载波频率下,STATCOM 单相输 出电压的谐波畸变率的变化.仿真和试验证明,单极 CPSＧSPWM 相对于改进型载波层叠调制技术,具有波 形质量好、谐波畸变率低和等效开关频率高等优势.     

单电源自均压九电平逆变器及其调制策略

在分布式可再生能源发电系统中,传统多电平逆变器存在电路结构复杂、功率器件多、控制复杂等缺点。针对上述问题,提出一种基于开关电容结构的单电源均压九电平逆变器,该逆变器由开关电容网络、辅助双向开关以及全桥单元组成。基于开关电容结构的串并联转换工作,所提逆变器能够以较少的功率器件产生更多的输出电平,拓扑结构简单、输出谐波含量低。逆变器电容自均压的优点简化了控制算法,并且单电源输入的特点拓宽了其应用范围。采用特定谐波消除法对逆变器进行调制,进一步减小了输出电压谐波含量,降低了器件的开关频率。最后,通过实验对所提逆变器的稳态及动态工作性能进行验证分析,证明该逆变器及其调制策略的正确性与可行性。     

高压链式STATCOM的最近电平调制策略研究

三角形接线方式是高压级联多电平静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)的较优接线方式,但接入电压为线电压,因此,在同样绝缘栅双极型晶体管(insulated-gate bipolar transistor,IGBT)器件下,每条换流链需要更多的链节。以三角形接线为例,采用不平衡aβ坐标系下的单相锁相环和分相控制策略产生调制波,该调制波通过最近电平调制产生脉宽调制(pulse width modulation,PWM)脉冲。通过仿真和物理模拟系统试验,说明最近电平调制在三角形接线下最近电平调制的可行性。最后,通过比较载波移相调制方法和最近电平调制方法,说明最近电平调制虽然会在小电流情况下引入少量间谐波,但其无需附加均压控制,更适合链节数量更多的情况;因此,最近电平调制有利于提高STATCOM的电压等级和容量。     

新型混合级联多电平逆变器拓扑及调制策略

为解决现有非对称级联多电平逆变器存在低压单元电流倒灌和输出电平数少的问题,提出一种基于开关电容电路的混合级联多电平逆变器。首先,在两单元非对称级联H桥型逆变器的低压单元中嵌入一个开关电容电路,有效避免了低压单元电流倒灌,且输出电平数得以增加。然后,为减少所提方案应用于三相系统时所需直流电源的数量,提出了用三电平中点箝位型或T型逆变器电路作为高压单元的三相混合级联多电平逆变器拓扑。之后,针对所提逆变器拓扑的特性,提出了含有移相载波和层叠载波的混合调制策略,在满足逆变器输出高质量正弦脉宽调制电压波形的同时,有效减小了开关电容电压纹波和开关器件的切换频率及开关应力。最后,通过实验验证了所提混合级联多电平逆变器拓扑及调制策略的可行性。     

单相五电平逆变器3次谐波自消除SHMPAM

为提升低开关频率单相五电平电压源型逆变器的输出电能质量,设计了一种改进的特定谐波缓解脉冲幅值调制(SHMPAM)策略.为单相五电平级联H桥逆变器的两个开关角建立了约束条件,从而推导出谐波幅值表达式,达到使3倍频谐波自消除的目标,同时还可以降低5次和7次谐波含量.利用一台单相五电平级联H桥逆变器样机开展了实验测试,结果表明新调制算法具有理想的3倍频谐波自消除能力,可作为单相多电平逆变器带线性和非线性负载的优化配置方案.