四开关三相逆变器全调制度范围内两种等效PWM算法

为提高两电平逆变器单桥臂故障重构拓扑四开关三相逆变器(FSTPI)的直流电压利用率,提出了一种FSTPI的空间矢量脉宽调制(SVPWM)过调制算法,该算法根据调制度的大小将整个过调制区域划分为过调制模式Ⅰ区、过调制模式Ⅱ区和过调制模式Ⅲ区。为揭示全调制度范围内FSTPI的SVPWM算法和载波脉宽调制(CBPWM)算法的内在联系,从调制函数角度出发,基于PWM规则采样法,分别推导了与这三个过调制模式区SVPWM算法等效的CBPWM算法,并得到了随着调制度变化,全调制度范围内CBPWM相应等效调制函数的变化规律。理论研究表明,全调制度范围内,FSTPI的SVPWM算法是一种特殊形式的CBPWM算法。仿真和实验结果证明了理论分析的正确性和有效性。     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于叠加原理的八开关三相逆变器全调制度范围内两种等效PWM算法

对八开关三相逆变器(ESTPI)两种基于不同基本电压矢量的全调制度范围空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法进行比较研究,在此基础上,为了提高ESTPI直流电压利用率,提出一种基于叠加原理的SVPWM过调制算法,进而得到ESTPI全调制度范围SVPWM算法,该算法根据调制度的大小,将整个ESTPI运行区域划分为线性调制区、过调制模式Ⅰ区和过调制模式Ⅱ区。从调制函数角度出发,基于PWM规则采样法,推导与SVPWM算法等效的载波脉宽调制(CBPWM)算法,并得到了随着调制度的变化,CBPWM算法调制函数的变化规律。仿真和实验结果表明,这两种算法作用下的输出线电压基波幅值与调制度呈线性关系,且最多能将其提高约10.2%。     

基于傅里叶级数拟合实现的三电平SHEPWM

在大功率场合,三电平中点箝位NPC(neutral point clamped)型逆变器需运行在较低的开关频率,此时传统调制方式(载波调制和空间矢量调制)不再适用,需采用特定谐波消除脉宽调制SHEPWM(specific harmonic eli-mination pulse width modulation)等其他调...     

基于SVPWM补偿优化的三电平NPC并网逆变器容错控制

为保证并网系统中三电平中点箝位（neutral point clamped,NPC）型并网逆变器单相桥臂短路或断路故障后持续运行,提出一种基于空间矢量脉宽调制（space vector pulse width modulation,SVPWM）的优化补偿型低共模电压容错控制策略。首先,通过分析故障后八开关三相逆变器（eight switch three phase inverters,ESTPI）拓扑开关状态对应的共模电压大小,确定参考电压矢量合成规则;然后通过一个基波周期内中点电流情况分析中点电位波动机理,进而对空间矢量合成进行调节补偿,并设计低通滤波器和滞环控制器进一步对补偿进行优化调整,保证并网电流质量的同时有效抑制了直流母线中点电位偏移。仿真结果表明,该容错控制策略能够实现三电平NPC并网逆变器单相桥臂故障后并网系统的稳定可靠运行,每个基波周期有三分之一时间的共模电压得到改善,优化补偿后的并网电流质量显著提高,且在并网电流突变时具备良好的控制特性。     

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。     

三电平双组双调制波载波脉宽调制方法

中点电位不平衡问题是三电平中点钳位(neutral point clamped,NPC)逆变器的固有问题,目前的中点电位平衡方法或者在部分条件下无法完全消除中点电位低频波动,或者存在开关频率偏高的问题。提出一种双组双调制波载波脉宽调制(double-group double-modulation-wave carrier-based pulse width modulation,DGDMWPWM)方法。DGDMWPWM由平均中点电流大小相等方向相反的两组双调制波根据中点电位的方向进行切换调制,既能完全消除三电平NPC逆变器的中点电位低频波动,又具有开关频率较低的优点。详细阐述该脉宽调制(pulse width modulation,PWM)的基本原理,并通过仿真和实验研究验证了该PWM的有效性。     

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。     

一种适用于任意电平数三相级联H桥变换器的简化多电平SVPWM算法

针对三相级联H桥变换器,该文对其工作原理进行详细分析,将每一级三相H桥等效为三相三电平变换器,给出了一种扩展性较强且计算复杂度较低的简化空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)算法。该算法将多电平SVPWM简化为三电平SVPWM,进一步利用三电平空间电压矢量图的几何对称性,将三电平空间矢量的计算集中在一个扇区内完成。根据该简化算法,该文在单片现场可编程门阵列(FPGA)上实现三相五电平与七电平空间矢量脉宽调制。实验结果验证了该算法的正确性与可行性。     

三电平SVPWM与CBPWM算法的内在联系研究

由于三电平中点钳位逆变器能有效提高逆变器系统容量和耐压水平,减少输出电压的谐波,所以其在中高压大容量电能变换领域中得到了广泛应用。为了揭示三电平中点钳位逆变器空间矢量脉宽调制(SVPWM)和载波脉宽调制(CBPWM)算法的内在联系,本文首先分析了三电平SVPWM算法的原理,并根据调制度的大小将整个线性调制范围分为3段,然后根据脉宽调制的规则采样法,分别推导出了3个调制段内与SVPWM等效的CBPWM调制函数形式。理论研究表明:三电平SVPWM算法是一种特殊形式的CBPWM算法。最后仿真和实验结果证明了理论分析的正确性和有效性。     

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。     

NPC/H桥逆变器调制策略及其中点电位控制

以中点钳位型H(neutral point clamped H,NPC/H)桥逆变器为对象,研究该拓扑调制策略中存在的算法繁琐、直流侧电容电压波动问题。在分析了NPC/H桥五电平逆变器主电路工作原理的基础上,为简化空间矢量脉宽调制（space vector pulse width modulation,SVPWM）算法和抑制低开关频率下逆变器输出畸变,设计了一种基于g-h坐标系的三段式SVPWM算法。该算法开关状态选择灵活,具有开关损耗低、谐波性能好的特点。基于SVPWM算法,分析直流侧电容电压波动原因,根据电流方向和电容电压差,合理选择左、右桥臂的开关状态,平衡电容中点电位。搭建Simulink仿真模型,对比不同开关频率和不同调制度下逆变器输出性能,验证了三段式开关序列在低开关频率工况下的明显优势。基于以数字信号处理器和现场可编程门阵列（digital singnal processor and field-programmable gate array,DSP&FPGA）为控制器的NPC/H桥五电平逆变器实验平台,验证了三段式SVPWM策略和中点电位控制方法的有效性。     

基于新型三电平逆变器的无刷直流电机控制方法

为了提高控制性能和驱动容量,无刷直流电机常采用二极管钳位式三电平逆变器结构,但是这种结构存在桥臂内侧功率开关器件关断过电压及中点电位不平衡的问题,论文提出了一种新型三电平逆变器驱动的拓扑结构并进行了研究。首先对其钳位三相桥臂内侧6个功率开关器件关断过电压的原理进行了对比分析,并对4种开关状态的自动均压原理进行了研究,分析了其64种电压空间矢量对中点电位的影响特性。接着提出了钳位电容电压的平衡控制策略,进而给出了基于空间向量脉宽调制(space vector pulse width modulation, SVPWM)的策略,并给出了无刷直流电机基于新型三电平逆变器结构的双闭环控制策略。最后基于样机平台进行了实验,结果证实了研究内容的正确性和有效性。     

过调制区内两电平SVPWM与CBPWM算法的内在联系研究

在低压电机驱动控制系统中,通常采用过调制方式来提高直流电压利用率,进而扩展电机运行范围。为揭示电机驱动控制算法中过调制区内空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modu lation,SVPWM)和载波脉宽调制(carrier-base PWM,CBPWM)算法的内在联系,该文首先分析基于叠加原理的SVPWM过调制算法;然后根据脉宽调制的规则采样法,分别推导出了过调制I段和II段与SVPWM等效的CBPWM调制函数形式;最后给出随着调制度变化相应的等效调制函数的变化规律。理论研究表明:在线性调制区和过调制区内SVPWM都是一种特殊形式的CBPWM算法。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性和有效性。     

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。     

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。     

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。