二极管箝位式多电平逆变器PWM控制技术分析

高压多电平逆变器是高压变频技术领域中发展的一个新分支,本文基于对五电平逆变器控制分析,介绍了二极管箝位式多电平逆变器的单脉冲控制、基于载波的SPWM控制和一种用于五电平逆变器的复式(混合式)控制,并在国外中压交流异步电动机上进行了仿真分析,给出了相应结果。     

基于SPWM的异步电机三电平转差频率控制仿真

近年来在高压大功率领域三电平变频器的开发研究得到了广泛关注。三电平逆变器使得电压型逆变器的大容量化、高性能化成为可能,研究和开发三电平逆变器,无论在技术上还是在实际应用上都是十分重要的。着重分析三电平逆变器的结构,并通过同相载波的开关频率优化法对基于SPWM三电平逆变器转差频率控制的异步电动机的矢量控制系统进行仿真,电机在增加负载前和增加负载后都能保证恒定转速,证明了该方法的有效性。     

基于同伦算法的多电平逆变器SHEPWM控制技术

随着逆变技术的发展,特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)技术在逆变器脉宽调制(PWM)控制,尤其是高压大容量多电平逆变器控制方面受到广泛关注。利用同伦算法求解了七电平九个开关角度的消谐模型,分析了利用DSP事件管理器(EV)实现PWM输出时的一些弱点,并提出利用计数器实现对多电平逆变器的SHEPWM控制。实验结果证明了利用同伦算法求解开关角度的正确性和利用计数器得到多电平逆变器SHEPWM控制的各器件脉冲信号的可行性。这对改善多电平逆变器输出电压质量及简化硬件实现具有一定参考意义。     

一种新型的混合级联多电平逆变器

在中高压大功率场合级联H桥多电平逆变器受到了越来越多的关注。混合级联多电平逆变器是传统级联多电平逆变器拓扑的改进,它的直流侧电压幅值不同。混合级联多电平逆变器最大的优点是在得到相同电平数目的情况下,大大减少了独立直流电源的数目。但是,在一些应用场合,直流电源只能为一个。针对这个问题,在直流侧加入高频环节,得到了一种新型的混合级联多电平逆变器,实现了单直流电源供电,而且这种逆变器的输出电压THD较低,系统体积小。文中首先介绍了基于高频环节混合级联多电平逆变器的电路结构,分析了该结构功率分布问题,针对最近电平逼近调制策略下的输出电压低次谐波较大的问题,改进了控制方法,最后通过软件仿真验证了改进控制方法的可行性。     

基于矩阵变换的N电平逆变器通用SVPWM算法

增加逆变器的电平数是将逆变技术应用到高压大容量场合有效的解决方案.但是随着电平数的增加,其空间矢量调制算法(SVPWM)也越来越复杂.本文在研究2电平逆变器与任意电平逆变器之间的SVPWM本质联系的基础上,提出了一种基于矩阵变换的多电平SVPWM算法.采用最近相邻三矢量(NTV)合成原则,任意电平SVPWM控制中矢量选择和作用时间都可由2电平逆变器的矢量作用时间的计算结果获得,并且推导出任意电平SVPWM算法与2电平SVPWM算法可以通过一个线性矩阵转换.最后,仿真分析了算法的可移植性问题,实验验证了算法满足多电平控制系统中的实时性要求.     

级联式多电平逆变器SPWM控制技术的研究及仿真实现

在高压大功率交流变频调速领域,级联式多电平逆变器目前处于主导地位,而三角载波移相控制技术又是其较适合的控制方略。本文在详细推导级联式多电平逆变器输出波形的基础上,研究分析了其实现的技术方法,并进行了仿真验证,得出了相应的结论。     

基于三电平逆变器的内置式永磁同步电机矢量控制研究

三电平逆变器输出电压波形比两电平逆变器增加一个台阶,其谐波含量低、波形质量好,有利于实现输出电压的正弦化,且单个开关管承受的电压应力小,适合向高压大容量方向发展。内置式永磁同步电机(IPMSM)为三相正弦波输入控制,用三电平逆变器来驱动IPMSM,有利于减少IPMSM的转矩脉动,实现高性能的调速控制。对基于三电平逆变器的IPMSM矢量控制技术进行了研究,建立了系统仿真模型。仿真结果表明:该系统的三电平逆变器输出电压波形正确,IPMSM的转速能准确跟踪参考转速,电机动态、稳态性能良好。     

混合型多电平逆变器电路设计研究

混合型多电平逆变器是最近发展起来的一种多电平改进模式。本文根据混合型多电平逆变器电路结构实现方式的不同,将其分为混合电平式逆变器和混合单元式逆变器,分析了这两类逆变器电路拓扑结构的特点,提出了一种可有效克服高压单元功率器件电压应力、消除低压单元电流倒灌问题的设计方法。仿真实验证明了该方法是有效性。     

直驱风电系统三电平变流器的设计与仿真

多电平逆变器适合大容量、高压的场合,得到了越来越多的应用。本文对三电平逆变器SVPWM调制手段进行了深入研究,同时对三电平逆变器中点电位平衡的问题也进行了探讨。由于中点电位的不平衡是钳位式三电平逆变器运行过程中比较严重的问题,对此本文分析了大、中、小矢量对中点电位的影响,找到哪些矢量能够影响中点电位的波动,并得出通过对成对小矢量的作用时间分配能够控制中点电位的结论。最后通过对系统的仿真,验证了算法的可靠性。     

采用三电平数字控制的三相逆变器

三电平逆变器由于器件电压应力低而广泛应用于高压场合,现代数字控制技术的不断发展,更为三电平控制提供了良好的实施手段.本文基于三电平数字控制的三相逆变器应用,采用空间矢量调制的数字控制方法,实现了三电平逆变器的设计要求,采用坐标变换取整的设计方法进一步优化数字控制模型,并针对输入电容电压平衡要求对软件算法进行补偿设计,从而构成了带电容电压平衡的三电平三相变换器完整数字控制解决方案.最后运用Matlab仿真工具对控制方案进行了系统验证.     

模块化多电平逆变器的仿真分析

介绍模块化多电平逆变器的拓扑结构和工作原理,根据模块化多电平逆变器的特性及在高压大功率场合中的应用,采用基于排序法的电容均压控制算法与最近电平逼近调制策略相结合以实现电容电压的平衡和系统的稳定。采用上述的控制策略在 MATLAB‐Simulink仿真平台下搭建7电平的逆变器仿真模型,通过对子模块电容电压波动分析及逆变器输出电压电流谐波畸变率分析,结果表明最近电平逼近调制策略下换流器输出的波形质量高,谐波含量少,子模块电容电压波动小,验证了所采用的均压控制策略和最近电平逼近调制策略的合理性和有效性。     

直流电压自平衡新型三电平准谐振逆变器

传统二极管钳位的三电平逆变器运行时,中线电流会造成逆变器直流电压不平衡并影响输出效果。同时逆变器中的开关损耗也是在高电压、大容量应用中必须考虑的问题。为了减少逆变器的损耗及改善直流电压不平衡,本文提出一种直流电压自平衡新型三电平准谐振逆变器及其控制算法。给予直流侧电压自平衡能力,并利用软开关去降低逆变器的开关损耗。通过仿真模型,证明了其结构及控制方案的可行性,并与传统三电平逆变器进行了比较。     

多电平SPWM变频器中共模电压抑制技术的研究

鉴于两电平变频器输出的共模电压只能依靠外接滤波器进行消除，研究了三电平PWM变频器中共模电压的抑制技术。利用三电平变频器的有效开关状态，分析了三电平变频器中产生共模电压的原因，得出奇数电平变频器可以通过软件的方法来抑制共模电压的结论。针对常用的变频器控制策略一SPWM，提出了降低和消除共模电压的改进策略，并用仿真结果验证了其正确性。文中还给出了不同的调制策略对电动机性能影响的比较，验证了所提策略的可用性。     

UPS MOSFET三电平逆变器开关管电压应力分析

为了提高UPS逆变器的效率,常采用MOSFET代替IGBT作为UPS二极管箝位型三电平逆变器的主开关管,由此会使功率管产生较大的电压应力,且出现桥臂外管电压应力大于内管的特殊状况。结合在一台母线电压为800V的UPS逆变器模块上测得的试验波形,分3种情况详细分析了该现象产生的原因,并有针对性地提出一种简易实用的方法,旨在尽可能地减少损失效率,保证可靠性的前提下,使所有开关管电压应力均满足降额要求。该方案为进一步提高UPS三电平逆变器的效率提供了一条可行的途径。     

混合级联多电平逆变器研究

在传统的级联多电平逆变器的基础上，提出了混合级联多电平逆变器拓扑结构及其相应的混合调制控制策略，针对传统的多电平逆变器存在开关器件电压应力过大的问题，提出了高电压低频阶梯波和低电压高频PWM相结合的混合调制控制策略，并对其逆变系统进行DQ变换建模及仿真研究。     

基于60°坐标系的两电平和NPC型三电平逆变器SVPWM算法研究

针对传统两电平逆变器空间矢量脉宽调制(SVPWM)中大量三角函数运算以及输出电压谐波含量高的问题,研究了基于60°坐标系的SVPWM算法,深入分析了60°坐标系下两电平和二极管钳位型(NPC)三电平逆变器SVPWM的设计方法。通过MATLAB/Simulink软件的仿真研究,验证了基于60°坐标系的NPC型三电平逆变器SVPWM算法能够避免复杂的三角函数运算,同时减少了输出电压谐波含量,使输出电压波形更加正弦。     

有源中点箝位式(ANPC)五电平逆变器调制方法和飞跨电容电压控制策略研究

分析了ANPC型五电平逆变器开关状态和输出电平的关系,并提出单周期SPWM调制方法。该调制方法在一个开关周期内实现有效电平且包含飞跨电容充电、放电两个状态。针对控制飞跨电容电压的问题,提出了在调制策略中增加充电因子,通过检测飞跨电容电压和实时调节充电因子实现飞跨电容电压闭环可控。最后对单周期SPWM调制方法和飞跨电容电压控制策略进行了仿真和实验,验证了其正确性。     

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     

Cascaded Common Nodal Point Multi-level Inverter Topology

Recent trends in the multi-level inverter (MLI) technology demand reduced number of switches, driver circuits, isolated DC sources, peak inverse voltage (PIV), appreciable number of voltage level, and lower total harmonic distortion. This paper presents an improved cascaded MLI configuration. Each module comprises ten switches, two isolated DC sources, and two capacitors; it can generate a maximum of 9-level output voltage waveform. Optimized switching sequence is developed that ensures minimum switching transitions and is implemented through single-carrier pulse width modulation for the control of the proposed topology. The classical cascaded H-bridge inverter and some recently developed MLI configurations were compared with the proposed inverter circuit. Results show that the proposed inverter configuration generates high number of output voltage levels with reduced number of power switches and PIV. It also has a lower per-unit power loss profile. Unit capacitor voltage balancing scheme is developed, which ensures proper control of the unit step voltage level in each of the cascaded modules, at extreme loading condition. For two cascaded inverter modules, simulation and experimental verifications are carried out on the proposed inverter for an R–L load. Simulation results of the output voltage waveforms and its harmonic spectrum are in conformity with experimental results.