容错三相四开关逆变器控制策略

三相四开关逆变器作为传统六开关逆变器的容错拓扑得到了广泛重视,然而其控制性能低于六开关逆变器。在深入分析四开关逆变器运行原理的基础上,研究四开关逆变器的空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)控制方法,揭示四开关SVPWM控制的本质是以2路相位相差60°电角度的正弦波为隐含调制函数的正弦脉宽调制(sinusoidal pulse width modulation,SPWM)控制。为减少器件的开关次数,提出四开关SVPWM的"七段式"实现方式。指出四开关SVPWM最大线性调制比只有六开关时的一半,为提高直流电源电压的利用率,提出基于补偿电压矢量的四开关逆变器SVPWM过调制方法。仿真和实验结果证明了所提算法的正确性和有效性。     

二极管钳位多电平空间矢量与载波调制策略统一理论研究EI北大核心CSCD

多电平变换器脉宽调制(pulse width modulation,PWM)控制方法主要有正弦载波PWM法(sinusoidal carrier-based modulation,SPWM)和空间矢量脉宽调制法(space vector pulse width modulation,SVPWM),这两种调制策略存在一定的本质关系,在两电平或三电平中,对于两种调制算法的内在联系已有许多论述,但对于更高电平的SVPWM调制中,一般由于多电平冗余电压矢量过多,调制序列较复杂,文献中对SPWM与SVPWM的统一理论研究存在一定的不足。该文针对这一问题,深入研究多电平SVPWM调制序列与SPWM的统一,通过在SPWM调制波中叠加零序分量得到与SVPWM完全吻合的序列,最终推导出n电平含任意段数的SVPWM序列与SPWM的统一。     

基于载波SPWM与SVPWM混合控制的三电平逆变器中点电位平衡策略

针对空间矢量脉宽调制SVPWM(space vector pulse width modulation)在功率因数较低的情况下,失去对钳位型三电平逆变器直流母线中点电位的控制效果的问题。通过研究载波正弦脉宽调制SPWM(sinusoidal pulse width modulation)与SVPWM的本质联系,将从SVPWM调制原理出发,推导出控制中点电位所需的零序分量,构造相应的调制波,通过载波SPWM法抑制中点电位波动,从而提出一种基于载波SPWM与SVPWM混合控制的中点电位平衡策略。最后仿真结果验证了这种混合控制策略可以有效地抑制中点电位漂移。     

三相电压型准Z源逆变器电路拓扑和调制策略

准Z源逆变器具有宽范围升压能力,适用于光伏风力等可再生能源发电。从拓扑和调制策略两方面详述了三相电压型准Z源逆变器的发展与现状,并获得了重要结论。其电路拓扑包括基本型、强升压能力改进型、低电压应力改进型和能量存储型4类,其中强升压能力改进型又分为单阻抗网络和级联阻抗网络2类,给出了电压应力、升压能力等特性比较;低电压应力改进型包括三相三电平中点钳位、级联多电平和级联Trans等。调制策略有正弦脉宽调制SPWM(sinusoidal pulse width modulation)、改进空间矢量脉宽调制SVPWM(space vector pulse width modulation)和消除共模漏电流改进脉宽调制PWM(pulse width modulation)3类,给出了调制系数、电压应力特性比较。     

飞跨电容型多电平逆变器空间矢量与载波脉宽调制统一理论研究

目前对于飞跨电容型多电平逆变器下载波脉宽调制(carrier-based pulse width modulation,CBPWM)和空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)之间的统一理论尚缺乏系统的分析和研究。该文针对飞跨电容型逆变器众多的冗余状态,对其输出序列中各开关序列及其作用时间做了详尽的分析,并在此基础上提出了一种新颖的调制波分解方法,该法可以在调制的半个周期中自由分配冗余状态的作用时间,以满足不同的输出需求。以三电平和五电平逆变器为例,通过此法向CBPWM调制波注入零序电压再行分解调制,可以得到与SVPWM一致的调制序列,达到利用简单易行的CBPWM来实现复杂的SVPWM输出的优势,并将该统一理论推广到n电平下任意段数,仿真和实验表明了该理论的正确性。     

级联型多电平变流器新型载波相移SPWM研究

将单极性正弦脉宽调制(sine pulse width modulation,SPWM)引入到级联型多电平变流器中,提出一种新型载波相移SPWM策略。该策略较传统的载波相移SPWM可以节省一半的脉宽调制(pulse width modulation,PWM)脉冲发生器,对级联型多电平逆变器的数字化实现有重要的理论和实用价值。给出新型载波相移SPWM的2种调制方式,分别推导频域调制模型,并对其谐波特性进行分析、比较和仿真验证。仿真结果表明,对于单相系统,2种方式基本相当;对于三相系统,方式二的谐波特性更好。分析新型载波相移SPWM技术的热稳定性问题,并给出其解决办法。实验结果验证了理论分析和仿真研究的正确性。     

五桥臂逆变器驱动双三相永磁同步电机系统双零序电压注入PWM策略

目前,针对五桥臂逆变器驱动两台三相电机系统PWM策略的研究多是基于空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)进行分析,然而实际上基于载波脉宽调制(carrier-based pulse width modulation,CBPWM)分析更为直接有效。该文构建了一种基于CBPWM的五桥臂逆变器驱动双三相电机系统双零序注入PWM策略,包括均值连续PWM和3种不连续PWM方式,并对其直流母线电压利用率进行了分析,实验结果验证了控制策略的有效性和可行性。该文提出的PWM策略对五桥臂逆变器驱动两台独立三相电机系统同样有效。     

三电平NPC变流器SVPWM策略与SPWM策略的等效关系研究

调制策略是三电平中点钳位(neutral point clamped,NPC)变流器的关键技术之一。三电平查表法空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)策略实现复杂,为此,基于三电平正弦波脉宽调制(sinusoidal pulse width modulation,SPWM)策略与SVPWM策略的基本原理,提出了2种三电平SVPWM策略的快速等效实现方案,即调制波等效方案和导通时间等效方案。调制波等效方案研究三电平SVPWM策略的等效调制波,而导通时间等效方案则通过三电平SPWM策略作用下各开关管导通时间计算三电平SVPWM策略对应各开关管导通时间,研究结果验证了三电平SVPWM策略2种等效方案的理论一致性。仿真和实验表明所提2种三电平SVPWM策略的快速等效方案具有实现简单、计算时间少,结果更精确的特点。     

不平衡负载情况下矩阵变换器的拓扑改进及控制策略

针对3×3矩阵变换器(matrix converter,MC)不能带不平衡负载问题,提出一种新型的3×4MC,新增加的中线桥臂连接到负载中性点。建立其交-直-交的等效模型,并通过在等效模型上对3×4MC带不平衡负载的分析可知,获得三相对称输出电压的关键是对负载中性点电位的控制。继承3×3MC的空间矢量调制(space vector pulse width modu- lation,SVPWM)方法,并根据其调制特点,分析SVPWM与正弦脉宽调制(sinusoida pulse width modulation,SPWM)的内在关系：SVPWM实质上是在三相正弦调制波中注入了零序分量的改进SPWM。对中线桥臂单独采用SPWM方法,控制负载中性点的电压为相应的零序电压,使输出为三相对称电压。采用开关函数法对网侧的输入电流进行谐波分析,得出输入电流中低次谐波的表达式。最后针对所提出的3×4MC用Matlab/Simulink进行仿真,仿真结果验证了其可行性。     

两电平与三电平NPC逆变器单桥臂故障重构拓扑SVPWM算法比较研究

四开关三相逆变器(four-switch three-phase inverter,FSTPI)和八开关三相逆变器(eight-switch three-phase inverter,ESTPI)分别为两电平逆变器和三电平中点钳位型(neutral-point-clamped,NPC)逆变器的单桥臂故障重构拓扑,不同故障重构桥臂对应不同的FSTPI和ESTPI拓扑。在分析二者工作原理的基础上,对所有FSTPI和ESTPI的拓扑、空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)算法及其等效载波脉宽调制(carrier-based pulse width modulation,CBPWM)算法进行比较研究。理论研究表明,所有FSTPI和ESTPI都可等效为施加某些限制条件的三电平NPC逆变器拓扑,且直流电压利用率为其一半。这些FSTPI和ESTPI的SVPWM算法都分别互相等效,并且这6种拓扑的SVPWM算法等效CBPWM算法都是以两个相同的相位相差π/3的正弦波为两相调制函数与三角载波进行比较,不同之处仅在于三角载波个数。仿真和实验结果证明了理论分析的正确性与有效性。     

基于改进DPC-SVM的三相并网逆变器

针对传统基于空间矢量调制的直接功率控制 (Direct power control with space vector modulation,DPC-SVM)三相并网逆变器动态响应速度慢的问题,研究了一种三相并网逆变器的改进DPC-SVM方法。该控制方法基于传统空间矢量脉冲宽度调制(Space vector pulse width modulation,SVPWM)解耦控制的思想,利用参考功率前馈来提高系统的动态响应速度。详细阐述了传统和改进DPC-SVM方法的工作原理,并以15 kVA三相并网逆变器为例对传统和改进DPC-SVM方法进行了仿真和实验验证。与传统控制方法相比,改进控制方法具有更快的动态响应速度。     

新型三电平变流器中点电压控制策略及其可控区域

针对三电平中点钳位(neutral point clamped,NPC)变流器中点电压波动问题,分析了三电平变流器基本工作原理,提出了一种适用于任意调制策略的三电平变流器中点电压平衡策略。该策略以输出线电压满足要求为控制目标,根据中点电压的波动情况实时修正调制策略的输出开关状态。鉴于单开关周期完全可控区域的重要意义,本文分别分析了调制策略为正弦脉宽调制(sinusoidal pulse width modulation,SPWM)策略和空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)策略时新型中点电压平衡策略的单开关周期完全可控区域。理论分析和仿真结果表明,新型中点电压平衡策略具有普遍适用、实现简单的优点,其单开关周期完全可控区域受调制策略、调制度、运行时间和功率因数的影响。     

双逆变器SVPWM调制策略及零序电压抑制方法

双逆变器具有与三电平逆变器相同的空间电压矢量分布,使直流母线电压利用率提高,在开放式绕组电机驱动系统中得到广泛应用。该文在分析双逆变器工作原理的基础上,研究双逆变器的调制策略,提出一种最大电压范围的双逆变器空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)策略,该策略首先将空间电压矢量平面划分为6个扇区,从而将参考电压矢量分解为两段:其中一段矢量等效为将双逆变器中的一个逆变器钳位在某一特定开关状态;另一段矢量由另外一个逆变器在其6个子扇区内调制实现。为抑制SVPWM调制所带来的零序电压,引入等效零矢量分配因子,通过零矢量产生的零序电压来抵消基本电压矢量合成时产生的零序电压。在开放式绕组永磁同步电机矢量控制系统中进行了仿真和实验研究,仿真和实验结果证明了所提方法的有效性。     

SPWM与SVPWM的宏观对等性研究

基于正弦脉宽调制(sine pulse width modulation,SPWM)与空间矢量脉宽调制(space vector pulse widthmodulation,SVPWM)的基本原理,分析并论证两种算法在性质上的一致性。建立两种算法所在算法空间的一一映射关系,分析并得到两种算法基于基本载波周期的宏观差值函数——零序空间矢量基本函数。基于零序空间矢量基本函数确定的零序分量,将SVPWM等价映射为基波调制波中注入该零序分量的SPWM,建立从载波角度研究SVPWM的新方法。从外部输出结果与内部分析效能两个方面对所得结论进行数值仿真,证明了所得结论的正确性和有效性。     

三电平空间矢量与载波调制策略统一理论的研究

两电平空间矢量脉宽调制(space vector pulse widthmodulation,SVPWM)与正弦脉宽调制(sinusoidal pulse widthmodulation,SPWM)存有一定的本质关系,对于三电平,在常见的8段式SVPWM序列中可以证明,SVPWM与SPWM本质上也存在某种统一。实际的SVPWM调制中,由于要考虑中点电压平衡、减少谐波等其它性能问题,一般会利用开关冗余状态得到8段以上的开关调制序列。目前的文献中还未曾有对这些情况进行统一性地验证,因此三电平SVPWM与SPWM的统一理论存在一定的不足。研究发现,可通过严格地理论推导将传统意义上的调制波分解为2个子调制波,再进行SPWM调制,可以得到与SVPWM完全吻合的序列。该文在此方法基础上深入研究了8段以上(10、12、14段)的SVPWM调制序列与SPWM的统一。经过严格地理论推导,成功实现了含任意段数的SVPWM序列与SPWM的统一。仿真结果证明了该理论的正确性。     

一种简化的三相电流型PWM整流器控制方法

三相电流型脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)整流器一般采用三值逻辑的正弦波脉冲宽度调制(sinusoidal pulse width modulation,SPWM)调制方法,因而在任一时间区间都至少有3个开关同时处于PWM控制状态,且需设置叠流时间。为了简化该整流器的控制过程,提出了一种三相电流型整流器控制方法,在任一时间区间只需1个开关管进行PWM控制,不需设置叠流时间,且只需进行开环控制。分析了简化调制方法的原理,给出控制系统的结构和控制策略,对系统性能进行理论计算。理论计算表明相电流的总谐波畸变率为4. 64%,功率因数可达0. 999。通过仿真研究验证了该方法的正确性与有效性。     

并联谐振直流环节逆变器的新型SVPWM方法

为降低并联谐振直流环节逆变器辅助换相电路的动作频率和损耗,以及辅助开关管的电流应力,该文提出一种新型空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)方法。新型SVPWM方法在实现所有开关管的软开关动作的基础上,在1个脉宽调制(pulse width modulation,PWM)周期内辅助换相电路只动作1次,从而降低辅助换相电路的动作频率和损耗;所提新型SVPWM方法通过增加分流死区时间,可避免谐振电流与负载电流相叠加,从而最大化地抑制辅助开关管的电流应力。新型SVPWM方法可适用于任何可调整零电压凹槽时间的并联谐振直流环节逆变器。在新型SVPWM方法下,根据不同工作模式的等效电路图,分析该逆变器的工作原理、软开关实现条件以及参数设计方法。最后使用绝缘栅双极型晶体管作为开关器件制作一台10kW、16kHz样机,通过实验验证所提调制策略的有效性。     

三相并网逆变器内模控制的改进型GDPWM算法(英文)

针对单位功率因数并网的三相逆变器,推导三相并网逆变器内模控制方程,建立逆变器输出侧功率因数角随逆变器输出电流幅值变化的函数关系,深入分析传统常规化不连续脉宽调制(general discontinuous pulse width modulation,GDPWM)的特点,提出一种改进型最小开关损耗不连续调制(modified general discontinuous pulse width modulation,M-GDPWM)算法,该算法通过比较三相正弦参考电压之间的瞬时大小关系,或者逆变器输出三相电流的瞬时大小关系,来计算需要注入到三相正弦参考电压中的零序分量,从而无需像传统最小开关损耗不连续调制那样需要实时计算功率因数角,即可实现最小开关损耗控制。仿真与实验结果验证了所提M-GDPWM算法的正确性和有效性。     

三相SVPWM控制并网逆变器的软启动控制

为解决传统三相空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)控制并网逆变器存在的启动冲击电流的问题,提出了一种软启动控制方法。该方法通过控制三相桥臂输出直交轴参考电压和直交轴参考电流实现三相并网逆变器的软启动。该文详细阐述了产生启动冲击电流的原因,给出了所提软启动控制方法的具体步骤和流程图,最后对1台15kVA三相SVPWM控制并网逆变器进行了实验验证,并对实验结果进行了详细分析。结果表明,提出的软启动控制方法简单,在电网电压平衡的情况下,启动时只与电网直轴电压有关,且无启动冲击电流。     

基于IHPWM的三电平VIENNA整流器中点电位平衡策略

针对三电平VIENNA整流器固有的中点电位波动问题,详细分析了中点电位平衡控制的可控和不可控区域,提出了一种改进型混合调制IHPWM(improved hybrid pulse width modulation)策略,即在可控区域采用空间矢量脉宽调制SVPWM(space vector pulse width modulation)策略,在不可控区域采用虚拟空间矢量脉宽调制VSVPWM(virtual SVPWM)策略。仿真实验表明,改进型混合调制方法能够有效地降低低频脉动,更好地平衡中点电位。