基于谐波抑制的共母线开绕组永磁同步电机减振控制

为了减少共母线开绕组永磁同步电机(OW-PMSM)驱动系统中的电流谐波,抑制由径向电磁力引发的电机振动,提出了一种基于零序电流闭环的零矢量重分配随机开关频率空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法。该算法通过选取的零矢量产生共模电压,抵消由非零电压矢量带来的共模电压,将零序电流闭环后动态抑制零序电流,有效地减少了相电流3次谐波含量。同时,针对调制策略固有的相电流高频谐波分量,通过SVPWM中开关频率随机化,使得开关频率及其整数倍处高频谐波幅值大大减少。试验结果表明,该方法能有效降低高低频段电流谐波幅值,实现OW-PMSM全频段的减振控制。     

采用随机脉宽调制技术降低电力有源滤波器开关谐波

近年来,电力有源滤波器广泛用于抑制电网谐波、提高电力系统电能质量。对于电网而言,基于脉宽调制技术的有源滤波器等效为高频谐波源,产生开关频率及其倍频成分谐波,引发电磁兼容性问题。随机脉宽调制技术将开关频率随机化,使得开关频率处幅值较大的离散谐波扩展为一定带宽内幅值较小的连续谐波,从而降低开关谐波幅值。论文选取随机脉宽调制技术用于抑制有源滤波器开关谐波,并在此基础上简化电力有源滤波器输出滤波环节,减少设备成本,降低控制系统设计难度。详细分析随机信号对开关函数功率谱密度特性的影响,并据此提出随机脉宽调制技术的实用化设计方法。仿真和实验结果验证了论文方案的有效性。     

无零矢量作用的逆变器结构仿真研究

文章在原有三相两电平的逆变器结构的直流母线上增加了两个开关管,使得共模电压在零矢量作用时得到了消减。同时在MATLAB/Simulink中搭建三相永磁同步电机（PMSM）矢量控制的仿真模型,基于此模型研究了无零序矢量脉宽控制（NZPWM）减少共模电压幅值的控制策略。通过不改变传统空间矢量脉宽调制（SVM）策略,构建了一种逆变器的拓扑结构使得零序矢量作用时无共模电压产生。结合理论与仿真分析,并与SVM比较,结果表明,NZPWM能够有效抑制共模电压幅值,但是线电压的谐波含量有所增加,定子电流、转矩、转速出现大的波动,改变逆变器拓扑的方式比NZPWM更好的抑制共模电压幅值,输出线电压的谐波含量也未增加且电机的电流、转矩、转速特性也未发生改变,研究表明这种结构能有效抑制共模电压且保持原有输出性能不变。     

随机SVPWM技术在背靠背变流系统中的研究与应用

电力电子功率变换器产生的开关频率谐波是重要干扰源之一。为有效抑制开关频率谐波,除采用常用的低通滤波技术外,可以结合在电压空间矢量脉宽调制技术(SVPWM)中引入随机因子的方法,减小变换器输出电压、电流的开关频率谐波。通过对两种随机方案的理论分析与比较,开关周期随机化较脉冲位置随机化对抑制开关频率谐波有更好的效果。将随机因子引入开关周期中,形成随机周期电压空间矢量脉宽调制技术(RPSVPWM),并将其应用在背靠背变流器中。对有、无随机化的SVPWM的实验数据进行对比和分析,结果证实了该方法的有效性和可行性。     

基于特定谐波消除PWM的三电平有源中点钳位逆变器共模电压抑制方法

带电机负载的逆变系统中,降低逆变器输出共模电压的幅值对预防定子绕组绝缘击穿、延长轴承寿命和减小电磁干扰等具有重要意义。以三相三电平有源中点钳位型逆变器为研究对象,分析了三相特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)输出开关状态产生的共模电压幅值及其对中点电压的影响,研究了SHEPWM方法的中点电压自平衡特性,提出了一种改进的SHEPWM控制策略。该控制策略在不影响消除线电压特定谐波及保持中点电压自平衡特性的前提下,能有效降低逆变器输出的共模电压幅值。最后搭建了三电平有源中点钳位型逆变器仿真和实验平台,并对提出的控制策略进行验证,实验结果证明了控制策略的有效性。     

混合级联型多电平逆变器共模电压优化方法

为研究混合级联型多电平逆变器共模电压的优化,提出了一种多电平逆变器的共模电压优化方法.通过分析混合级联型多电平逆变器输出电压矢量在α'-β'坐标系中的分布规律,重新定义了不同高低电压和频率的基本矢量.在基本矢量区域划分为几类不同的特征多边形和在优先选择高电压-低频率基本矢量点的前提下,获取由3个基本矢量点合成的参考矢量值,并计算3个基本矢量的持续作用时间.为验证本优化方法的正确性,在二级七电平混合级联多电平逆变器(两单元直流侧电压比为1:2)仿真模型及实验平台上对算法进行了验证.仿真和实验结果表明:逆变器输出的共模电压幅值可限制在单位直流侧电压内,对共模电压的抑制作用较明显.     

基于伪随机数的双三相PMSM高频降噪策略研究

为了抑制双三相永磁同步电机的高频噪声,提出一种基于伪随机二进制数序列的随机开关频率-随机零矢量空间矢量脉宽调制(SVPWM)方法。该方法通过线性反馈移位寄存器产生伪随机数序列,实现开关频率随机化,保持零矢量作用总时间不变,随机分配零矢量作用时间T0与T7,实现零矢量作用时间对称且随机分布,从而实现开关频率与导通时刻的随机化。通过仿真分析表明,该方法实现了对开关频率及其倍频处频谱的均匀扩展,显著降低了开关频率及其倍频处谐波的幅值,达到了抑制开关频率及其倍频噪声的目的。     

有源逆变器的改进非对称脉宽调制策略

为了降低大功率有源逆变系统中器件的等效开关频率,减少开关损耗,同时抑制直流侧电压波动时逆变器输出电压包含的寄生谐波,采用基于特定谐波消去法(SHEPWM)的非对称脉宽调制策略(optimal partly unsym-metrical switching angle,OPUS)和改进开关函数法,实现了逆变器的低频化和抑制寄生谐波。研究结果表明,在直流侧电压产生幅值为直流电压15%的2倍频波动时,改进的OPUS控制策略消除了输出线电压中的3、7次非受控谐波,并使得受控的基波和5次谐波电压的幅值和相位达到设定值。该仿真结果证明了结合改进开关函数法的OPUS能够应用在大功率有源逆变系统中,并且能够改善逆变器在直流侧电压小幅波动情况下的输出电压性能。     

简化矢量的多电平逆变器共模电压抑制方法

在高压变频传动领域,共模电压问题尤为突出.首先以有源中点箝位型五电平(ANPC-5L)逆变器为例进行分析,提出了一种基于简化空间矢量的多电平逆变器共模电压的抑制方法.通过建立变换器输出共模电压的数学模型,分析多电平变换器各开关状态与共模电压之间的关系,以最小共模电压为控制目标剔除不满足要求的开关状态,从而减少多电平电压空间矢量对应冗余开关状态的数量.得益于冗余开关状态数量的降低,不仅共模电压得到了很好地抑制,同时还极大地降低了多电平电压空间矢量脉宽调制策略的实现难度.最后通过实验结果验证了所提共模电压抑制方法的正确性和有效性.     

三电平SVPWM控制技术在船舶推进系统中的应用

两电平SVPWM(空间矢量脉宽调制)控制技术在电机调速系统中得到了广泛的应用,这种控制技术下的输出电压在开关频率整数倍处会产生幅值较高的谐波,是电机产生电磁噪声的主要来源。为了使输入电机的电流谐波得到抑制,首先对三电平SVPWM控制技术与两电平SVPWM控制技术进行分析比较,建立了基于Matlab两种拓扑的系统仿真模型,并在模型的基础上对不同电路拓扑的电流谐波进行仿真分析和试验验证,验证了三电平SVPWM技术在减振降噪方面的有效性,并在船舶推进系统中得到了应用。     

Characteristics comparison of high‐frequency multilevel inverter connected with filter inverters

This paper presents a characteristics comparison of a high‐frequency multilevel inverter connected with small‐ capacity filter inverters. In general, PWM inverters require a low‐pass filter in order to reduce switching harmonics. However, in the high‐frequency systems such as class D power amplifiers, the cutoff frequency of the low‐pass filter must be set at high frequency. Thus, harmonic distortion of the output voltage is enlarged to a harmful level. Increasing the number of output voltage levels is effective in reducing the harmonic distortion of the output voltage and the low‐pass filter size. The proposed systems consist of a five‐level inverter and several cascade‐connected low‐voltage full bridge inverters without any external DC power sources for filtering the output voltage. The five‐level inverter generates a stepwise waveform with five‐level voltage, and the low‐voltage filter inverter superimposes harmonic components to compensate for the voltage waveform distortion. Therefore, the proposed system can reduce its total switching loss and can increase the number of the output voltage levels. In this paper, the effectiveness of the proposed systems is verified through several experiments. © 2007 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 161(3): 58–65, 2007; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20373     

A novel strategy for a high‐power utility interactive inverter with a series active filter

High‐power utility interactive inverters used for large‐capacity energy storage systems are composed of multiple connected inverters, in order to realize high efficiency and high performance of the harmonic elimination characteristic simultaneously. Some disadvantages of multiple connected inverters, such as harmonic current flowing from an inverter unit to the other one, and increase of the number of inverter units, cannot be overcome easily. This paper presents a novel strategy for a high‐power utility interactive inverter, which is composed of a large power with low‐switching‐frequency PWM inverter (high‐power PWM inverter), an LC passive filter, and a series active filter (series AF). Because harmonic components contained in the utility line current are absorbed by the series AF, the switching frequency of the PWM inverter can be selected to about 1 kHz. In addition because the power capacity and the output voltage of the series AF can be suppressed lower than 10% of the power capacity and the output voltage of PWM inverter, low‐voltage and high‐speed power devices can be applied to the series AF. Consequently, high power, high efficiency, and high harmonics elimination performance can be realized without increasing the number of inverter units. © 2002 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 141(2): 57–66, 2002; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.10048     

多电平逆变器PWM控制方法的研究

近年来,多电平逆变器在大功率场合应用越来越广泛.基于空间矢量原理提出了一种新的多电平PWM控制方法,这种PWM方法称为多电平最优空间矢量PWM方法(MOSV PWM),可用于多电平串联逆变器供电的压频比控制的异步电动机调速系统.仿真结果表明,MOSV PWM方法与多电平载波方法和单脉冲法相比有许多优点,可以在线实现,输出线电压THD低,开关频率低.这种方法可以推广用于其它类型的多电平逆变器,除电机传动外还可以用于静态无功补偿和其它FACTS场合.     

基于占空比调节的悬浮电容五电平逆变器的PWM控制

控制悬浮电容电压的平衡是保证悬浮电容多电平逆变器运行安全的关键。提出了以占空比为控制量的闭环PWM控制，其思路是根据单元电压的测量值实时调节相应功率开关的占空比，进而调节悬浮电容的充、放电时间来控制电容电压的平衡。该方法不但能有效抑制因装置电路系统不对称而引起的悬浮电容电压偏移，而且能动态调整由输入电压突变引起的换流单元电压不均衡，在任一运行点处，均能保证功率器件的开关频率均衡，控制执行时间仅约为载波周期的2倍。文中还建立了电流预估计模型，用来估计电流过零点位置，以消除负载电流在控制周期内变号而引起的控制误差。仿真结果验证了所提出的控制方法及算法的有效性。     

Performance of a High-Speed Motor Drive System Using a Novel Multilevel Inverter Topology

The performance of a novel multilevel six-switch (SS) three-phase inverter drive is examined for low-voltage high-speed motor applications. The switching losses of hard-switched voltage-source-inverter topologies place limits on the maximum feasible switching frequency. When operating at higher fundamental frequencies, this results in low-frequency modulation ratios and either high load harmonic currents that cause excessive rotor heating or larger than desired output reactors with a large fundamental voltage drop. The multilevel inverter structure examined offers an increased number of output pulsewidth-modulated (PWM) voltage levels, higher frequency PWM output waveforms, reduced dead-time effects, and a significant reduction in harmonic content. These features reduce the total losses in the motor load when compared to the standard SS three-phase inverter. The harmonic reduction provided by the multilevel topology relative to the standard inverter is experimentally demonstrated with a 15-hp 18 000-r/min induction machine.     

级联型多电平逆变器中的谐波控制

级联型多电平逆变器中,逆变器模块单元数越多,输出波形质量越好,但模块数的增加也同时意味着成本的增加.本文分析了最小模块单元数级联型多电平逆变器在高频应用中的谐波控制问题.通过求解器件开关角方程,给出了模块电源电压比值不同时开关角的选择范围及输出电压基波幅值的调节范围,并依据输出电压谐波畸变率与基波幅值关系,总结了模块电源电压比值的选择原则.仿真与实验结果证明了理论研究的正确性与可行性.     

H桥多电平逆变器的混合载波交叠式PWM控制

为了增大逆变器的功率等级,改善输出电压的波形质量,提出了一种级联H桥多电平逆变器拓扑和与其相对应的PWM载波调制控制策略。该方法是根据传统混合频率载波调制策略,采用了同相的交叠式三角载波调制,结合了同相层叠式载波调制较好的消谐特点以及使高低压单元功率自然平衡的特点,使级联H桥多电平逆变器拓扑结构不仅可以输出多电平,还能解决混合调制下的功率环流现象,而且逆变器模块化比较简单,可以使逆变器在输出周期内功率达到自然平衡。以2个高低压单元为例,进行了仿真实验。实验结果验证了该逆变器结构和控制策略的可行性。     

低功耗三相电压空间矢量调制的逆变器特性研究

为了提高直流电压利用率,减少谐波,在三相逆变器中采用电压空间矢量调制技术取代SPWM技术,合理放置零矢量,选择恰当的开关频率,降低开关损耗。采用双重傅里叶变换对输出谐波进行了定量分析,在Matlab环境下对空间电压矢量调制和SPWM进行频谱对比分析,结果表明,电压空间矢量调制下直流电压利用率提高了15%,谐波含量减小,谐波幅值也大大降低。     

一种新型双频控制大功率逆变器的仿真研究

该文介绍了一种新型双频控制高压大功率逆变器,其拓扑由一个可以采用GTO等低频开关器件的大功率逆变器单元(主逆变器)和一个可以采用IGBT等高频开关器件的小功率逆变器单元(辅逆变器)级联组合而成.主逆变器单元采用定脉宽控制方式,主要用于输出功率以提高整个逆变器的功率等级;而辅逆变器单元采用多电平PWM控制技术,主要用于提...     

三电平变频调速系统SVPWM和SHEPWM混合调制方法的研究

三电平中点钳位逆变器在高压大容量变频调速中得到了广泛的研究和应用。该文在三电平高压变频器中同时应用SVPWM和SHEPWM，即低频时采用异步SVPWM，高频时采用SHEPWM，避免了高频时SVPWM谐波特性变差和SHEPWM在低频时存储量大的缺点，充分发挥了二者的优点，使变频器在整个工作范围内都可以有效抑制低次谐波，得到较好的输出波形。混合调制的难点在于衔接问题，文中分析了影响二者之间平滑切换的原因并提出了具体的解决方法，保证了切换过程中电压和电流没有跳变。采用PSIM软件对三电平SVPWM和SHEPWM进行了仿真研究，并在实际三电平变频器控制平台上进行了实验。仿真和实验结果证实了该文的混合调制方法在低频和高频都有较好的谐波特性，二者间的平滑过渡保证了混合调制的实用性，并已用于实际三电平变频器之中。