双端级联多电平变换器脉冲解耦调制策略

针对参考矢量解耦的双端级联多电平变换器调制策略,提出一种直接在脉冲产生环节实现参考矢量解耦的方法,可有效简化算法、保证脉冲同步,并且可以和任意单端变换器的调制策略配合使用,具有通用性。结合双两电平级联三电平变换器、双三电平级联五电平变换器,分别给出180°,120°脉冲解耦调制策略的具体实现方法。通过最大线性调制度、直流电压利用率、零序电压消除效果等方面的对比分析,得到120°脉冲解耦调制策略更加适用于共直流母线双端级联多电平变换器的结论。仿真和实验结果验证了所提双端级联多电平变换器脉冲解耦调制策略的有效性。     

抑制T型三电平逆变器共模电压的调制策略

共模干扰和中点电位不平衡问题是三电平逆变器的研究热点之一。为此,提出了一种可在全调制比和全功率因数范围内实现共模电压抑制和中点电位平衡的调制方法。该方法优选共模电压小的基本矢量参与虚拟矢量的合成,将共模电压抑制在±U_dc/6范围内;将优选后的基本矢量构成虚拟矢量,进一步消除了中点电位波动大的问题;通过改进小区域划分方法,使得每个小区域内构成虚拟矢量的基本矢量平滑切换,避免了相邻基本矢量之间出现状态P和状态N的直接切换;使得每个小区域均包含幅值可调的虚拟矢量,通过调节虚拟矢量的幅值来改变每个载波周期内基本矢量的作用时间,以控制流出直流侧中点的平均电流,最终所有小区域均具备良好的中点电位平衡控制能力。实验结果表明,使用该方法可使得逆变器输出的共模电压为±U_dc/6,同时可以消除中点电位不平衡的问题。研究输出共模电压低、中点电位波动小且具备中点电位调节能力的调制策略对三电平逆变器具有重要意义。     

基于调制波分解的背靠背三电平变换器共模电压消除方法

背靠背三电平中点钳位型(neutral-point clamped,NPC)变换器广泛应用于四象限交直交变频场合,其共模电压和中点电位平衡问题影响着系统的安全稳定运行。鉴于此,文中提出一种基于调制波分解的背靠背三电平NPC变换器的共模电压消除方法。首先,原始调制波被分解成两个虚拟参考调制波的差的形式;然后,将虚拟调制波与载波比较产生的虚拟脉宽调制(pulse width modulation,PWM)信号两两相减得到实际各相的PWM信号;最终可以实现共模电压完全消除。在此基础上,进一步采用零序电压注入方法来控制中点电位平衡。最后,通过实验验证所提出共模电压消除与中点电位平衡控制方法的有效性。     

一种消除中点电位低频振荡的三电平逆变器载波调制方法

提出了一种二极管箝位型(NPC)三电平逆变器载波调制方法,该方法能消除三电平逆变器直流侧中点电位低频振荡,适用于任意非线性负载情况。该方法从空间矢量脉宽调制方法和载波调制方法本质联系出发,通过向调制波中注入一定的零序电压分量,达到了与空间矢量脉宽调制同样的电压利用率。该方法将调制波分成2部分,分别与载波进行比较,来决定开关管的工作状态。对直流侧中点电位采用了闭环控制,通过检测直流侧电容电压的大小和三相负载电流的方向,对每相的2部分调制波进行适当的调节,从而调整流入或流出中点的电流的作用时间,有效地保证了系统运行过程中直流侧电容电压平衡。该方法简单易行,易于数字化实现。仿真结果验证了该方法的正确性和可行性。     

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。     

基于空间矢量调制的非隔离型V2G系统共模电流抑制

从系统高频共模等效模型入手,分析确定产生共模电流的激励源;改进传统抑制共模电压空间矢量调制(SVM)算法,优化三相三电平车网互动(V2G)开关状态转换次序,形成五段式去冗余SVM算法,有效抑制共模电压,但三相三电平V2G中点电位不平衡会对共模电压产生影响,限制了共模电流抑制效果。提出了从控制算法和拓扑改进2条途径分别实现中点电位平衡的控制方法。采用控制算法途径时,引入虚拟空间矢量调制(NTV2),剔除输出共模电压幅值较大的冗余小矢量,保证了共模电流抑制效果;重新定义虚拟小矢量和虚拟中矢量,在新型虚拟矢量空间下,提出分区域的混合调制策略,使其开关频率固定,通过控制开关周期内的平均中线电流为零实现中点电位平衡。采用拓扑改进途径时,调制方式仍采用上述五段式去冗余算法,以抑制共模电流;在直流母线处引入H桥平衡电路(或与之等效的单桥平衡电路),根据中点电位的偏移方向,选择平衡电路工作模式来调整直流母线电容所带电荷量,从而抑制中点电位的偏移,并可设置电压误差滞环,进一步增强了该方法的普适性和鲁棒性。仿真实验验证了理论分析和2套协同控制策略的正确性。     

不平衡负载下离网型NPC三电平变流器控制策略研究

本文主要研究不平衡负载下NPC三电平变流器控制策略,首先建立离网数学模型,通过对正负序解耦控制实现变流器在不平衡负载下输出电压的三相平衡,之后完成基于中间相调制波分解的调制策略,在独立控制变流器输出零序电压的基础上实现了直流母线电压中点平衡控制,保证两种目标协调解耦控制。最后搭建NPC三电平变流器离网不平衡负载实验平台,验证了协调控制策略的有效性。     

多电平变换器简化虚拟矢量PWM及应用

二极管钳位型变换器存在着直流母线电容电压不平衡的问题,对于多电平(>3)拓扑,传统空间矢量PWM在单位功率因数且调制比高于0.55时无法实现中点电压平衡,已有的虚拟矢量PWM随着电平数的增多计算负担急剧增加。针对这一问题,该文提出一种简化虚拟矢量PWM算法,通过组合2个或多个相邻的开关状态来定义新的虚拟开关状态,使得每个虚拟开关状态下流过所有中性点的电流相等,从而保证理想稳态条件下中点电压的自平衡。另外,简化虚拟PWM将任意电平的空间矢量图转换为三电平空间矢量图,简化了子扇区的辨识和占空比的计算。对五电平二极管钳位型变换器的仿真和实验结果表明,简化虚拟矢量PWM可以在全调制比和全功率因数范围内实现直流母线中点电压平衡,验证了该算法的有效性。     

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。     

基于三电平中点钳位式拓扑的中压风电变流器

基于三电平中点钳位式拓扑的中压风电变流器由网侧变换器和机侧变换器组成,两侧变换器接成背靠背的形式。其中网侧变换器采用电网电压定向的矢量控制,实现有功功率和无功功率的解耦控制。机侧变换器采用磁链开环的矢量控制,实现最大风能跟踪。针对三电平中点钳位式变流器中点电位易波动的固有缺陷,采用了一种基于调整冗余小矢量作用时间的空间矢量调制算法对中点电位进行有效控制。仿真结果验证了控制算法的正确性,在理论上论证了将中高压变频技术应用于全功率风电变流器的可行性。     

双三电平变频器直流侧中点电位平衡策略研究与实现

由于在交-直-交电压型的双三电平SVPWM矢量控制系统中整流器和逆变器均采用三电平空间矢量PWM调制,因而不可避免地存在直流侧中点电位波动问题,本文对三电平逆变器和三电平整理器分别进行直流侧中点电位波动分析,提出抑制直流侧中点电位波动的控制方法,在文章的最后给出了仿真结果和实验结果并分别对其进行了分析。     

二极管箝位型五电平变换器中点电位控制研究

针对二极管箝位型五电平变换器中点电位受负载功率因数、调制度以及不同类型空间矢量等多种因素影响而存在的不平衡问题,首先对影响直流侧电容平衡的各类因素进行了理论分析,接着基于虚拟空间矢量设计中点电位平衡控制方法,以实现不同运行工况下的中点电位平衡。考虑直流侧均压电容的累积偏移效应,对虚拟矢量分配进行占空比修正。最后,Matlab数字仿真和样机平台验证了所研究中点电位控制方案有效性。     

基于功率平衡算法的NPC三电平变换器中点电压控制

分析了中点钳位型三电平变换器的中点电压数学模型,推导出三相功率与零序电压的传递函数。提出一种新型的注入零序电压控制方案,该方案通过控制中点处的零序总功率为0,来实现中点电压的平衡控制。具体方案是,通过计算中点处的三相功率偏差,经PI调节器输出零序电压调制波,经过3 s/2 r坐标变换,叠加至三相基波调制波,并采用SVPWM调制算法实现。仿真显示,方案能够实现中点电压的平衡控制,具有较好的动态响应。     

一种简单的三电平逆变器PWM控制算法

常用的空间电压矢量三电平逆变器PWM控制算法生成模式多 ,运算量大[1] 。本文利用一种新的电压矢量调制方法———统一电压调制技术 (UnifiedVoltageModulationTechnique ,UVMT) [2 ] ,实现一种简易的电压矢量调制。该算法不仅能够实现空间电压矢量PWM方法 ,SVPWM ,并且能够实现对直流链电容中点电位的实时控制。本文在详细描述UVMT的基础上 ,将其应用于三电平逆变器。仿真结果表明 ,该方法实现简单 ,能够实现与空间电压矢量算法完全一致的控制效果 ,是一种很有前途的算法     

非隔离三电平电压型并网逆变器共模电流抑制策略

针对无变压器非隔离型三电平并网逆变器共模电流问题,详细分析了影响共模电流的主要因素。根据非隔离型三电平并网逆变器的共模等效结构模型,采用能消除共模电压的SPWM调制策略和改进LC滤波器方法,抑制共模电流。LC滤波器滤除寄生电容电压高频分量,改变了直流侧中点电位的平衡机理。改进的注入零序电压分量方法使中点电位得到有效控制。仿真验证了共模电流抑制策略的有效性。     

基于虚拟矢量三电平NPC逆变器SVPWM调制算法

针对传统的三电平NPC逆变器SVPWM算法存在中点电压不平衡的原因,讨论了基于虚拟矢量SVPWM调制算法。分析了该算法利用三相零序电流分量为零的原理,能实现对中点电压的完全平衡控制,实验结果验证了该算法的可行性和平衡控制的有效性。     

一种基于虚拟空间矢量的三电平NPC变换器中点电位平衡控制方法

为了解决中点箝位式(NPC)的三电平变换器拓扑结构容易导致直流侧中点电位不平衡和传统虚拟空间矢量脉宽调制(VSVPWM)在大调制比的情况下无法维持中点电位平衡的问题,在虚拟空间矢量脉宽调制的基础上,对虚拟零矢量、虚拟长矢量和虚拟中矢量进行了进一步的研究后,对这三个虚拟电压矢量的定义进行了改进,得到了一种改进的控制方法,使在高调制比下依然可以控制中点电位的平衡。从而与传统虚拟空间矢量脉宽调制方法相比,改进后的虚拟空间矢量脉宽调制方法让可控范围变大,整体的控制效果更好。最后进行了仿真,其结果证实了该控制方法在大调制比的情况下可以维持直流侧中点电位的平衡。     

适用于二极管钳位型三电平有源滤波器的母线电压数字控制方法

传统两电平有源电力滤波器(active power filter, APF)由干功率开关耐压水平和载流能力的限制,难以实现对高压大容量非线性负载的谐波补偿。在高压大容量系统中,二极管钳位型三电平变换器得到了广泛的应用。对三电平APF进行研究,提出一种母线电压闭环数字控制策略。在同步旋转dq坐标系下,将三电平APF母线电压控制系统分为电压外环和电流内环2部分。在电压外环中,采用自适应滤波器求出直流侧电压平均值,采用PI控制器产生有功指令电流维持直流侧电压恒定。在电流内环中,针对三电平APF直流侧中点电位不平衡问题,从空间矢量PWM调制方法的角度出发,对中点平衡问题进行仔细研究,提出一种简单的中点电压平衡控制策略,只需检测各相电流和中点电压波动的方向,对小矢量进行取舍实现APF中点电位平衡控制。实验结果表明了所提出算法的正确性和有效性。     

3LNPC-CC直流侧故障后均压策略研究

三电平中点箝位级联变换器(3LNPC-CC)的均压策略应保证单元模块直流侧故障后,变换器仍能正常运行。为了平衡3LNPC-CC直流侧故障后的电压,提出了一种针对3LNPC-CC的均压调制策略,该策略可在模块直流故障后,通过开关冗余矢量的转换进行容错控制,保证模块内直流侧电压稳定以及模块内中点电位平衡。通过搭建实验平台进行实验,实验结果验证了该算法的正确性及有效性。     

终端级联式三电平逆变器降频调制方法研究

终端级联式三电平逆变器通过两台两电平逆变器输出端经过负载级联而成,与传统二极管钳位型(NPC)三电平逆变器相比,其最大优点在于不需要控制中点电位平衡。但是采用共母线结构的终端级联式三电平逆变器存在零序环流问题,通过改变冗余小矢量的作用时间来实现零序电压在平均意义上的消除,进而抑制零序环流;为降低开关器件的开关损耗,通过交替钳位控制两台逆变器的输出状态,使得开关器件的开关频率降低一半。搭建了仿真模型与实验平台,对该算法进行了仿真与实验验证,结果表明该算法可以兼顾零序环流抑制和开关频率减半。