级联H桥五电平变流器工况分析与验证

以单相两功率单元级联为例,阐述了级联H桥五电平变流器的拓扑结构和载波相移SPWM(CPS-SPWM)调制策略.从该变流器的运行工况着手,给出了这种变流器在CPS-SPWM调制方法下的工作原理,并从数学角度推导了变流器开关切换、输出电压、电流流向以及均衡电压等情况,理论推导表明CPS-SPWM调制方法应用在级联多电平逆变器上的可行性、可靠性和控制的简易性,为实现调制方法的优化和拓扑结构的改进提供了理论基础.同时对五电平变流器的运行工况进行了详尽的分析,推导出了五电平变流器的数学模型,并进行了仿真和实验验证.基于DSP与FPGA,研制了多路PWM脉冲发生器,既简化了电路的设计,提高了系统的可靠性,又可保证整个系统功率元件驱动信号的同步.实验结果表明,这种变流器能在较低的器件开关频率下实现较高等效开关频率的效果,运行工况稳定,在高压、大功率场合有一定的工程应用前景.     

单极调制单周控制三相四线制有源电力滤波器

单周控制有源电力滤波器有双极调制和单极调制两种调制方式。基于双极调制方式的单周控制有源电力滤波器补偿后的电源电流中含有直流分量。提出一种基于单极调制方式的单周控制三相四线制有源电力滤波器，推导出控制方程；根据此调制方式下开关管的动作过程，设计了控制电路中的逻辑电路；在不同电源电压情况下对系统的补偿性能进行仿真。结果表明提出的单极调制单周控制三相四线制有源电力滤波器在理想电源情况下可以产生较好的补偿效果，当电网电压发生畸变和不平衡时，仍能得到很好的补偿效果，且补偿后的电源电流中不含直流分量。     

单相并联电压型有源电力滤波器及其仿真研究

以单相并联电压型有源电力滤波器(APF)为对象,对谐波及无功电流的检测和补偿电流的跟踪控制进行理论分析及仿真。单相电流首先经过分解,构造出两相电流或三相电流(本文构造的是两相电流),再根据瞬时无功功率理论ip-iq检测法检测出谐波及无功电流,将其作为指令电流,用电流滞环跟踪控制方法控制逆变器,使其输出与指令电流相等的补偿电流,从而使APF实现消除谐波和提高功率因数的功能。电压环的控制保证了逆变器直流侧电压的恒定。仿真结果验证了理论分析的正确性。     

采用负载电压检测控制方式的串联型电力有源滤波器

在分析串联型电力有源滤波器工作原理的基础上,通过扩展电源电流检测控制方式,提出了一种新的负载电压检测控制方式,同时讨论了ＰＷＭ逆变器及其直流侧电压的控制方法。在此基础上,研制了采用新控制方式的串联型电力有源滤波器实验样机,进行了相应的实验研究。结果验证了负载电压检测控制方式的串联型电力有源滤波器的有效性,并且表明比电源电流检测控制方式更好的谐波补偿性能。     

空间矢量脉宽调制下有源电力滤波器直流侧电压设定值研究

关于有源电力滤波器直流侧电压的研究主要集中在如何实现电压的稳定控制,很少有人研究直流侧电压能够满足条件的最小值.为此针对直流侧电压具体设定值这一问题,借鉴逆变器电压利用率的概念,分别计算了三角波电流比较方式和空间矢量脉宽调制控制下的直流电压利用率,并计算出两者的差值.为计算空间矢量脉宽调制控制下直流电压所需满足的条件,分别推导了单相和三相有源电力滤波器直流侧电压作用机理的数学公式,最后得到了直流侧电压的计算公式.通过大量仿真计算,统计出最佳直流侧电压变动范围,与理论计算出的值基本一致,验证了理论推导的合理性.     

一种基于空间矢量的APF直流侧电容电压设计和优化方法

并联型有源电力滤波器(SAPF)的直流侧电容电压直接影响谐波补偿性能。合理的电容电压设定值既可以保证补偿效果,又可以降低直流侧电容的耐压值选取要求。针对三相并联型有源电力滤波器直流侧电容电压优化设计这一问题,通过对典型的负载条件下谐波电流进行分析,推导出在完全补偿谐波电流的情况下变流器的输出电压矢量值。基于空间矢量脉冲宽度调制方式(SVPWM),分析了直流侧电容电压选取方法。仿真结果验证了该方法的有效性。     

三相电力电子负载谐波分析与抑制

三相电力电子负载在系统不平衡或模拟不平衡负载、非线性负载的工况下,直流母线会包含丰富的谐波电压,这些谐波分量通过PWM调制过程和电压外环控制器会引入到并网指令电流中,导致馈网电流质量的下降。针对这一问题,根据瞬时功率理论,建立了三相电力电子负载功率平衡方程,推导出三相电力电子负载在不同工况下直流母线谐波电压的表达式,揭示了负载模拟变换器和并网变换器对直流母线电压的影响机理,并提出一种基于滞环控制的直流电压控制方案,以抑制直流母线谐波电压对并网输出电流的影响,改善馈网电流的质量。仿真和实验都验证了理论分析的准确性以及谐波抑制方法的有效性和可靠性。     

适用于大功率场合的新型双Z源电压源逆变器

传统Z源电压源逆变器(Z-source voltage-type inverter,ZVSI)中,电容电压高于输入电压,逆变器开关管电流应力过大,升压能力受到了限制,为此提出了新型双Z源电压源逆变器(novel double Z-source voltage source inverter,NDZVSI)拓扑结构。分析了NDZVSI的各种工作状态,推导了各元件电压关系。NDZVSI中各功率开关管采用改进脉宽调制(improved pulse-width modulation,IPWM)方式进行调制,确定了逆变器功率开关管的电流应力。仿真及试验结果验证了NDZVSI拓扑的可行性,与传统ZVSI相比,NDZVSI能降低电容电压,减小逆变器开关管的电流应力,提高升压能力,适于大功率应用场合。     

并联型有源电力滤波器电源电流控制方法研究

有源电力滤波器(active power filter,APF)是一种动态抑制谐波和无功的电力电子装置,以并联型有源电力滤波器为研究对象,从APF补偿电流的控制和直流侧电容电压角度出发,分析了电源电流控制方式,实现补偿电流的检测及双闭环反馈控制,提高系统的补偿精确度和动态响应性能。另外,直流侧电压的指令值都是根据电网电压的工作范围、APF的直流侧电容、额定输出电流、PWM逆变器输出侧电感、电流电压调节器以及调制策略等参数设计的,在考虑直流侧电压与APF功率损耗和补偿性能关系的基础上,提出了采用下垂调节器设计逆变器直流侧电压的控制参考值,使其兼顾APF的功率损耗及补偿性能综合平衡的优点。仿真结果验证了该APF控制系统的正确性和有效性。     

不同PWM调制方法下Z源逆变器的损耗分析与比较

Z源逆变器独特的工作原理使其损耗估算与传统的电压型逆变器不同,特别是其不同的脉冲宽度调制方法(PWM)会对逆变器的损耗带来很大的影响,因此分析Z源逆变器在两类典型的调制方法下的损耗对于Z源逆变器的设计具有重要意义。本文基于Z源逆变器的工作原理和一种电力半导体器件损耗估算模型,推导出两类不同调制方法下的Z源逆变器中各电力半导体开关器件损耗的解析表达式。选取一组典型的逆变器参数,分别对这类两种调制方法下的Z源逆变器进行了损耗计算和效率比较,得到了直流输入电压、开关频率、输出功率等级等运行条件对采用这两类调制方法的Z源逆变器效率的影响。研究结果对于合理选择逆变器参数和调制策略具有一定指导意义。     

HERIC单相光伏并网逆变器无功调制及其直接功率控制

随着可再生能源在单相电网中渗透率的提高,电网对单相光伏并网逆变器提出了无功输出与功率因数灵活控制的要求。对HERIC(Highly Efficient and Reliable Inverter Concept)拓扑的无变压器隔离型单相光伏逆变器进行研究,提出了相应的无功调制策略。借助广义二阶积分构造两相静止坐标系,基于瞬时无功功率理论,建立了单相光伏逆变器的瞬时功率模型,实现了单相光伏逆变器的直接功率控制。搭建了5 k W的实验平台,通过实验对所提的调制策略与控制策略进行了有效性与实用性验证。     

基于载波调制的三电平并网逆变器断续调制策略

首先介绍了三电平逆变器断续调制法的原理及产生方法,对连续脉宽调制PWM方法和断续PWM(DPWM)调制法的性能进行了对比分析。然后提出了一种基于载波调制的优化方案,可以使断续调制法与非单位功率因数运行条件相适应,且采用该优化DPWM调制法的三电平逆变器在非单位功率因数条件下运行时可以获得更小的开关损耗。仿真和实验结果均验证了该方法的正确性与可行性。     

开关损耗优化的级联型逆变器全区域空间矢量调制策略

利用错时采样技术将级联型逆变器的多电平空间矢量脉宽调制(SVPWM)简化为逆变器各层采样点相互错开,每个采样点仅需控制某层3个功率单元的分解三电平SVPWM调制;通过分析功率单元H桥电路的内在关系,本文从三电平短矢量的6种冗余开关形式中选出一种开关损耗最优的开关动作序列;推导出逆变器正常运行状况下的线性调制策略,以及故障运行状况下维持输出基波电压不变的三电平过调制策略;最后利用傅里叶级数推算出线性调制和过调制区域内输出基波和谐波电压幅值的计算公式。通过样机实验表明,本文提出的调制策略在保证开关损耗最优的前提下,不仅可以应用于线性调制区域,而且也可以应用于过调制区域,同时两个区域内都能保证基波电压的幅值随调制比成线性输出关系。在功率单元直流电压下降或部分功率单元故障旁路时,使用过调制策略可以使系统从线性工作状态平稳过渡到六阶梯波状态,直至六阶梯波时输出最大值;同时,相应过调制算法易于软件实现,是一种适用于级联型逆变器的全区域调制方法。     

南方交直流混合电网区域振荡的协调控制策略

针对南方电网弱阻尼区域振荡模式的抑制问题,在分析了电力系统稳定器(PSS)、直流阻尼调制的控制机理及其控制效果的基础上,考虑到南方电网近距离直流多落点的特点,提出了一种PSS和直流阻尼调制的协调控制策略。在该策略中,结合模式可控性指标首先进行相关控制点的PSS参数优化以抑制直流调制不敏感的模式,在前一层优化的前提下再进行直流阻尼调制控制器的参数优化。这样既能保证二者的协调控制,又能有效地控制优化进程和降低计算量。最后通过仿真计算验证了协调控制策略的合理性和有效性。此工作可为研究近距离直流多落点交直流混合电网的低频振荡抑制问题提供新思路。     

Power swing damping control by HVDC power modulation in an ac/dc hybrid transmission system

This paper describes power swing damping control by HVDC power modulation. In a hybrid system (where the ac transmission system and the HVDC system compose a loop transmission system), damping control of power swing by control of HVDC power is called power modulation control. The new HVDC link between the Shokoku and Kansai power systems forms a loop transmission system consisting of the existing ac transmission system and the new HVDC transmission system; therefore, power modulation control can be applied for stabilization of the ac system. This paper deals with a newly developed power modulation control system to damp two power-swing modes occurring in a 60-Hz interconnected system and the neighboring power system to the HVDC converter station. Characteristics of power swings in an ac systems, principles of power swing damping control by power modulation, the control system design method, and the results of verification tests by digital and analog simulators are described. It is shown that the developed power modulation system applied to the HVDC link is effective for damping two power swing modes.     

有源中点钳位多电平逆变器空间矢量调制与三角载波调制统一理论

目前有源中点钳位多电平逆变器(ANPC)中三角载波正弦脉宽调制(SPWM)和空间矢量脉宽调制(SVPWM)之间的统一理论尚缺乏系统的分析和研究。在仔细分析其拓扑结构以及开关序列后,针对其相电压冗余开关状态众多的特点,提出一种全新的调制波分解策略。该方法避免了传统调制波分解策略无法确定相电压冗余状态及开关序列的弊端,同时物理意义明确,可以被应用于级联H桥等其他具有众多相电压冗余状态拓扑的统一理论研究。通过给三相正弦调制波注入零序分量,并根据开关管的自由度进行子调制波分解,经SPWM后的信号直接用来触发开关管的开断,从而得到唯一确定的开关序列,且和SVPWM有相同的控制效果。将该理论推广到n电平下任意段数输出,实验验证了该理论的正确性。     

变频器参数及调制方式对共模电压的影响

PWM变频器被广泛应用于在电机驱动系统中,但其输出电压中的共模电压会产生许多负面效应,因此确定影响共模电压的各种因素对提出有效的共模电压抑制策略有重要的意义。采用解析、仿真和实验验证的方法围绕变频器参数和调制方式对共模电压的影响展开研究,研究结果表明:变频器参数中直流母线电压利用率增大时共模电压减小;载波比变化时共模电压基本不变;死区时间增加时共模电压增大;不同调制方式SPWM和SVPWM在相同直流母线电压利用率下的共模电压大小相近。进一步讨论了在VVVF控制调速时直流母线利用率和载波比同时变化时共模电压的变化规律,实验表明低速时共模电压更大,应当重视电机低速时共模电压产生的危害。     

阶梯波合成逆变器的波形调制技术研究

阶梯波合成逆变器开关频率低,谐波含量小,滤波容易,特别适合大功率应用场合,但由于传统阶梯波合成逆变器功率管驱动信号采用延时的方法产生,动态性能差。研究了一种新的阶梯波合成逆变器波形调制技术,采用空间矢量调制方法得到各桥功率管驱动信号,提高逆变器的带宽。在分析移相变压器对空间矢量的影响的基础上,结合阶梯波合成逆变器对驱动信号的逻辑要求,提出从相位滞后通道至相位超前通道顺序采样的错时采样空间矢量调制(space vector modulation,SVM)策略,并分析该调制技术的谐波消除机制和特性。仿真和实验验证了该技术可以用于阶梯波合成逆变器的输出电压的调节,具有优良的输出频谱特性,且增大了逆变器的带宽,有利于提高逆变器的动态性能。     

一种新的N电平电压源逆变器的空间矢量调制算法

随着逆变器电平数的增加,其空间矢量调制算法(space vector pulse-width modulation,SVPWM)也越来越复杂。该文提出一种任意电平逆变器的SVPWM算法。对两电平逆变器的矢量作用时间进行线性变换,可获得任意电平逆变器中合成参考矢量的电压矢量及其作用时间。推导出任意电平和两电平之间的电压矢量及其作用时间变换矩阵。讨论任意电平逆变器脉宽调制(pulse-width modulation,PWM)序列,提出一种电力电子器件损耗均匀分配的序列方式。最后,通过仿真验证算法的可移植性,在三电平实验室样机上,验证算法能满足逆变器控制的实时性要求。     

交直流电力系统概率潮流计算

基于概率理论的解析法,提出了包含直流系统的概率潮流模型。以节点注入功率和PV节点电压运行曲线构成系统的多运行方式,并计及节点注入之间的相关性,对交直流电力系统进行概率潮流计算,获得了节点电压及直流系统变量的均值和协方差。由随机变量数字特征的基本性质和交流系统概率潮流计算的原理,在直角坐标系下推导了不同直流控制方式的交直流概率潮流算式。以整流器定电流控制、逆变器定电压控制为例,在改造后的新英格兰39节点系统上计算了节点电压及换流器各角度的均值和标准差,分析结果表明了所提算法的有效性。