H桥级联整流器的原理与控制技术研究

在高压领域的应用中,由于开关耐压能力的影响,使得一般的电路拓扑不能满足要求。研究了一种多H桥级联多电平的整流技术,该拓扑随着级联H桥的增多,总电压被开关管分压,降低了每个开关上的耐压要求。同时该拓扑可实现能量的双向流动,对功率因数进行校正。探究了级联整流器四象限运行的原理、抑制谐波的方法,采用d-q解耦分析控制原理,并对如何稳定输出功率,使输出电压在不同负载下保持恒定进行了探讨。使用Matlab/Simulink进行仿真,并研制了一台低压的实验样机,通过实验验证了控制理论的可行性。     

基于纹波电压前馈的级联H桥整流器输出电压平衡策略

对传统的比例式脉冲补偿电压平衡控制策略进行了建模分析。通过分析发现大范围投切载时输出电流扰动对平衡控制的影响不可忽略。在此基础上给出了投切载时系统调整时间、输出电压跌落值与系统特征参数之间的关系曲面。针对投切载时比例式脉冲补偿电压平衡控制下CHBR动态性能差的问题,结合输出电流与输出电压纹波峰值之间的关系,通过将输出电压纹波峰值引入电压平衡环节,提出了纹波电压前馈电压平衡控制策略,并给出了纹波电压峰值的检测方法。最后,利用三级CHBR的仿真模型和实验平台对所提策略与比例式脉冲补偿电压平衡控制策略进行了比较测试。测试结果表明所提策略在切载后各级输出电压间的最大不平衡电压减小了12 V,调整时间缩短了43 ms,证明了所提策略的正确性和有效性。     

单相级联H桥整流器简化两矢量模型预测功率控制

以单相级联H桥整流器(cascaded H-bridge rectifier,CHBR)为研究对象,针对传统有限集模型预测功率控制(finite-control-set model predictive power control,FCS-MPPC)算法计算量大、网侧谐波分布广泛等缺点,该文首先给出一种基于两矢量的MPPC(dual-vector-based MPPC,DVB-MPPC)算法,可以实现开关频率的固定并提高稳态性能。为进一步减小计算量,提出一种DVB简化MPPC算法,取消滚动计算过程,降低控制器运算负担。在此基础上,提出一种基于负载电流计算的调制信号补偿分量注入方法,实现电容电压平衡控制,该算法无需比例积分控制器,进一步简化控制系统结构。最后,对3种MPPC算法在单相三模块CHBR实验样机上进行实验对比研究,实验结果证明了所提算法的正确性与有效性。     

单相级联H桥整流器平方电压反馈控制算法

以单相级联H桥整流器为研究对象,对其控制策略进行了研究。首先在采用双闭环控制策略的基础上,构建了dq前馈解耦模型,并通过二阶广义积分算法改善了虚拟交流分量对系统的影响,实现了网侧电流对电压相位、频率的快速精确追踪。其次,对传统电压平衡控制算法进行了改进,通过对功率平衡关系的定义,将输出电压平方作为控制信号,增强了系统自适应能力,提高了系统在投切载时的动态性能。最后,基于MATLAB/Simulink软件进行仿真,验证了所提策略的正确性和有效性。     

单相级联H桥整流器电压平衡控制策略

以无工频变压器牵引传动系统前端的单相级联H桥整流器(CHBR)为研究对象,构建了其数学模型,在电压电流双闭环控制策略的基础上,引入无锁相环技术,改进瞬态电流控制策略。实现了系统发生扰动时,网侧电流对电压相位频率的快速精确追踪。进一步地,对传统附加平衡电压控制策略加以改进,增加模糊控制技术,解决了CHBR在非理想电网或负载大范围投切载时,存在的直流侧各级电容电压不平衡、压差大等问题。最后,利用MATLAB/Simulink进行仿真,对所提策略在CHBR运行时的快速响应和抗干扰能力进行了验证。     

基于混合调制的混合H桥级联APF研究北大核心

有源电力滤波器能够有效地、实时地跟踪补偿非线性负载产生的幅值、频率变化的谐波和无功电流。研究了一种星型结构的混合3单元H桥级联三相APF,在中高压领域有比较广阔的应用前景。首先对其进行了数学建模,详细地分析了混合调制方式;指令电流采用基于瞬时无功功率理论的方法进行提取,H桥模块直流侧电压采用分层控制来实现稳压。通过仿真验证了设计的APF能够有效地补偿负载电流中的畸变成分,系统表现出良好的稳态和动态性能。     

单相级联多电平H桥整流器有限集模型预测电流控制

本文以基于电力电子变压器的高速列车牵引传动系统中的单相级联多电平H桥整流器为控制对象,以提升系统动态响应速度、减小网侧电流谐波含量为控制目标,提出了一种基于两矢量的有限集模型预测电流控制算法。首先,推导单相级联多电平H桥整流器的α-β静止坐标系下数学模型;然后,基于空间矢量调制思想,对单相级联多电平整流器进行基本电压矢量定义与空间扇区划分;在此基础上,建立包含最小电流误差的目标函数,通过对其求导实时计算出两个矢量的最优占空比,同时为了保证各模块直流侧电容电压的平衡关系,设计了选取冗余矢量的原则。与基于PI的瞬态电流控制算法相比,所提出的模型预测控制算法无需内环PI控制器,显著提高了电流内环的动态响应速度;最后,对所提算法与传统的瞬态电流控制算法进行硬件在环半实物实验对比研究,结果表明了所提算法的可行性与有效性。     

混合H桥级联逆变器的改进型调制策略

对于直流侧电压比为1:3的混合H桥级联型逆变器而言,其可以输出更多的电平数,但在传统混合调制策略下,低压单元存在过调制问题,将导致逆变器输出电压中出现难以滤除的低次谐波,严重影响负载的运行性能.为合理解决上述问题,提高所述拓扑的实用性,在传统混合调制策略的基础上,对问题区间的调制进行改进,提出一种改进型调制策略,并对调制的基本原理和逆变器的输出特性进行了详细理论分析.所提改进型策略可有效解决低压单元固有的过调制问题,消除过调制带来的不利影响.最后,通过仿真与实验,对比验证所提改进型调制策略的正确性与可行性.     

H桥级联型整流器直流电压平衡控制改进算法

直流母线电压平衡控制是H桥级联型整流器（CHBR）主要的研究问题。为此在建立CHBR的数学模型基础上,分析了一种基于比例-积分（PI）调节器的CHBR直流电压平衡控制算法,并针对其不能空载运行的问题展开研究,利用相量图法揭示了该方法在空载时失控的内在机理;同时根据分析的结果提出了改进算法。改进算法的主要特点是通过使各功...     

一种改进的级联H桥整流器直流电压平衡策略

直流电压平衡策略是级联整流器控制中一个重要的组成部分。比例式脉冲补偿平衡策略是一种典型的电压平衡策略,它可以较好地实现特定工况下的直流电压平衡,但是其平衡效果会受到负载电流大小影响,在不同负载工况下难以自适应。基于这种比例式脉冲补偿平衡策略,通过对电路模型进行分析,提出一种改进电压平衡策略,将负载电流引入调节范围,使整流器在不同负载工况下都能很好地实现直流电压平衡。仿真和实验验证了改进电压平衡策略的有效性。     

基于负载电流前馈的级联H桥整流器直流电压平衡策略

针对级联H桥整流器输出电压平衡问题,采用比例脉冲补偿法进行了建模和分析,分析了负载电流扰动对平衡环节的影响,给出了扰动下系统跌落值和调整时间与系统动态指标之间的关系曲线。针对比例脉冲补偿法在负载大范围切换时动态特性差的问题,通过将负载电流引入平衡控制环路,提出了一种基于比例脉冲补偿法的负载电流前馈电压平衡控制策略,其可以在不影响原闭环系统稳定性的基础上,大幅提高平衡控制器的动态特性,并给出了电压平衡比例-积分(PI)控制器参数的设计公式。最后,基于级联H桥整流器的仿真模型和实验样机进行了比较测试,结果显示所提方法在切载情况下各单元之间的最大电压差降低了23 V,调整时间减小了75%。     

电网电压畸变下的级联H桥光伏并网逆变器谐波抑制控制策略

三次谐波补偿策略可有效解决单相级联H桥光伏并网逆变器的功率不平衡问题,但在电网电压畸变下易发生并网电流畸变.针对这一问题,提出一种电流谐波抑制环来消除电网电压畸变所带来的影响,并降低电网电流畸变率.分析了电网电压畸变导致电流畸变的机理原因,在此基础上,提出了将并网电流中的谐波成分作为控制对象,实时反馈至系统中,通过闭环...     

级联H桥型变流器直流电压均衡控制

在分析变流器直流电容充放电状态和功率器件开关状态之间关系的基础上,提出了一种改进的适用于整流、无功补偿、谐波电流抑制等场合的级联H桥型变流器直流电压均衡控制方法。根据变流器交流侧能量传递方向合理地选择开关函数,调整变流器各个直流电容充放电状态,实现直流电压的均衡控制。调节均衡控制周期,可以改变直流电压均衡速率,调整均衡算法对开关频率的影响。基于MATLAB/Simulink的仿真结果表明了所提直流电压均衡控制方法的有效性。     

电压分层控制的H桥级联有源滤波器研究

为了研究应用于中高压领域的有源电力滤波器(APF),建立了3级H桥级联APF数学模型,采用载波相移调制技术将装置的等效开关频率提高6倍,基于瞬时无功功率理论提取谐波及无功电流,采用三角载波比较法跟踪指令电流,直流侧电压采用分层控制来实现稳压和均压。仿真结果表明,H桥级联APF能够快速精确地检测出谐波及无功电流,在器件开关频率1.05 k Hz下补偿谐波及无功电流,将电网相电流THD由27.66%降至1.24%,同时维持直流侧电压的稳定和均衡,使电压误差率不超过2%。系统能在1个电网周期内响应负载的动态变化,从而验证了方案的可行性。     

H桥级联型逆变器的积分复位控制方法研究

现有的阶梯波调制的级联逆变器的控制方法,由于计算耗时长,在级联单元数超过5个的H桥级联逆变器中难以应用。为解决这一问题,对其采用积分复位控制方法。该方法基于面积等效原理,通过输入输出积分值的比较来计算开关角。此方法计算简单、耗时短,故可用于H桥数更多的级联逆变器的控制。通过仿真验证了该方法的正确性和有效性。     

含电容单元的级联H桥七电平调制策略

针对传统三单元级联H桥直流电源电压利用率较低的问题,采用电容替代其中利用率较低的直流电源,构成含电容单元的级联H桥逆变器。围绕该型逆变器的调制策略及电容选择等问题,在载波层叠式脉宽调制策略的基础上,利用冗余开关状态改进现有调制策略。通过采集电容电压和输出电流,切换调制模式实现电容充放电控制。分析电容电荷量在不同调制度下的变化,得到电容电压稳定到参考值所需要满足的条件。考虑到电容纹波电压不超过参考值10%的要求,并结合最大连续放电区间,计算出最小参考电容,使逆变器达到最优配置。通过仿真和实验证明了新型调制策略可对电容充电并具有良好的稳压效果。     

一种单相级联H桥整流器电压快速平衡方法

无工频变压器牵引传动系统是实现高速动车组轻量化的有效方式与发展趋势,以解决其前端单相级联H桥整流器(CHBR)直流侧电容电压不平衡问题为研究目标,开展以实现负载严重不对称情况下直流侧电压快速平衡的控制方法研究。分析了已有典型直流侧电压平衡控制方法的缺点,提出了一种基于电压补偿分量注入的单极性载波移相脉宽调制(CPSPWM-VOI)算法,该算法易于扩展到多个H桥级联的情况。与已有典型直流侧电压平衡控制方法对比,该方法具有更快的直流侧电压平衡速度和更强的直流侧电压平衡能力。计算机仿真和半实物实验都验证了该算法的有效性及理论分析的正确性。     

级联H桥Boost PFC电源建模及应用研究

针对电感电流断续导电模式(DCM)功率调节器固定占空比,输入电流纹波含量大导致功率因数降低的问题,提出了一种具有自动调节功能的级联H桥开关周期平均模型。给出了Boost PFC电路拓扑结构,并分析了该电路的工作原理。论证推导了在DCM模式下时均模型修正方程表达式。利用LTspice软件进行仿真分析并进行实验验证,其结果与传统固定占空比的DCM功率调节器相比,很大程度减少了低频输入电流纹波,有效降低了谐波含量。仿真结果和样机实验验证了所提出的模型和控制策略的有效性。