基于FPGA-DSP组合的三电平逆变器空间矢量发生器

多电平逆变器空间矢量的发生需要形成复杂的逆变器驱动信号。本文介绍采用FPGA与DSP的组合来实现三电平逆变器空间矢量发生的一个方法。其设计思想是DSP通过算法生成“开关状态码”,FPGA对这些“开关状态码”进行译码并得到逆变器中12个开关元件的驱动信号,从而形成空间矢量。这种三电平逆变器空间矢量发生器的实验结果体现了该方法的可行性和简易性。     

大功率三电平逆变器的开关模态转换状态的实时监测

大功率多电平逆变器近年来在实际工业生产中得到越来越广泛的应用。多电平逆变器由于结构复杂,采用元器件较多,因此在设计和实验中,实现各个工作状态下运行参数的同步监测和分析较为困难。本文针对大功率三电平逆变器,实现开关动态特性的在线测试,在此基础上,进一步研究三电平逆变器在开关状态变化时理论与实际负载运行工况下电路拓扑的转换变化规律。通过全电路电气参数和元器件状态的实时监测,发现在三电平逆变器非正常运行状态下开关转换时额外电应力,同时,深入研究在实际工况运行条件非正常状态下该额外电应力出现的机理和原因,为三电平逆变器的故障诊断提供了参考,对于设计高可靠性的多电平逆变器系统有一定的理论和现实意义。     

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。     

五开关五电平逆变器的载波交错SPWM控制方法

传统五电平逆变器所用开关器件较多,而五开关五电平逆变器简化了拓扑结构。分析五开关五电平逆变器的工作机理,给出其基于载波的SPWM控制的思路,进而提出五开关五电平逆变器的载波交错SPWM控制方法与FPGA实现手段。通过载波周期性正、负交错,采用调制波分层、分区的正弦脉宽调制方式,获得五电平输出电压的开关控制信号。仿真结果从理论上证明其开关损耗小,输出电压的谐波特性与H桥级联型一致。实验结果表明其在整个幅值调制比范围内都适用。仿真与实验结果验证了五开关五电平逆变器的载波交错SPWM控制方法的可行性与有效性。     

多电平逆变器通用电容电压平衡优化算法

针对二极管箝位型多电平逆变器电容电压难以控制的问题,分析了一种简单的多电平逆变器等效模型,用于预测结点电压偏差,提出了一种多电平逆变器电容电压平衡优化SVPWM(space vector pulse width modulation)算法。该算法通过预测不同开关状态下直流侧结点电压偏差,建立目标函数并对其寻优,在每个开关周期选取最优的开关组合达到结点电压平衡。理论分析和试验结果表明,该算法适用于任意电平逆变器电容电压平衡的控制,解决了三电平逆变器电容电压平衡的问题,但在三电平以上的逆变器受调制度限制。针对三电平以上高调制度下电容电压失衡的原因进行了分析,并给出了解决方法。仿真和实验验证了算法的正确性。     

阶梯波合成级联型多电平逆变器功率均衡策略

首先指出在波形质量要求相同的条件下,III型级联多电平逆变器所需级联单元个数最少。接着讨论了3种级联多电平逆变器功率均衡问题,指出I型级联单元数低于7时,宜采用循环脉冲实现功率均衡,高于7时,宜采用调整开关角的方式实现功率均衡;II型级联多电平逆变器只能通过调整开关角实现功率均衡,由于开关组合方式冗余,II型存在多组功率均衡方程组,而通过计算发现,2单元III型级联多电平逆变器无法实现功率均衡。最后通过一台单相容量为2 kVA的原理样机对3单元II型级联多电平逆变器的均衡策略进行了实验验证。     

有源中点钳位型三电平并网逆变器多目标优化预测控制

有源中点钳位型(ANPC)三电平变换器作为并网逆变器能够实现功率器件的热损耗平衡,适用于光伏发电系统.针对传统中点钳位型(NPC)三电平并网逆变器开关管发热不均衡等问题,本文提出一种ANPC三电平并网逆变器的多目标模型优化预测控制方法,基于三电平输出的开关状态需要遵循单位电平跳变的原则,剔除不符合跳变原则的开关状态,减...     

五电平逆变器空间矢量欠调制模式的研究

采用空间矢量调制的多电平逆变器受到了越来越广泛的重视.但随着电平数的增加,空间矢量成几何级数增多,五电平逆变器的空间矢量个数多达125个,这给空间矢量调制的实现带来了极大困难.目前文献仅限于研究三电平逆变器的空间矢量实现算法,或笼统给出多电平逆变器的通用算法,都缺乏对五电平逆变器的空间矢量的具体算法以及如何利用具体每一个冗余开关矢量、开关状态等问题的实现进行细致的研究.本文针对合理地利用每个开关矢量,确定了每个开关矢量的作用时间和作用次序,得到了欠调制模式下五电平逆变器每个空间矢量的开关函数;并通过仿真,证明了所提出的算法的有效性和正确性,对于进一步研究五电平逆变器应用于交流传动领域具有重要的意义.     

大功率三电平逆变器开关动态特性在线测试方法研究

大功率逆变器的动态特性在线测试是电力电子逆变器的一个重要研究方向。多电平系统由于元器件多,结构复杂,其开关动态在线测试极为困难,但此工作对于设计、研制高性能逆变器系统,实现状态监测、故障预防,提高逆变器工作的可靠性有着重要的意义。该文研究大功率三电平逆变器开关器件的动态特性在线测试方法,提出多电平逆变器功率开关状态可测性的概念。所提的方法很好地解决了在线测试的几个关键问题,包括:海量数据的传输处理、全状态参数同步检测控制、功率器件开关过程的高速数据采样、系统状态参数的直接和间接的提取和推算等。在750kVA三电平变频调速系统上成功实现了各种负载工况下的实时在线测量。该文所讨论的开关特性在线测试方法和系统可有效扩展到三电平以上的多电平实时在线测试技术中。     

基于主电路级联的最优PWM开关角的在线计算

针对PWM逆变器特定消谐(SHE)技术中开关角求解难度大的问题,利用Matlab曲线拟合技术可在线计算开关角的值.为了满足高压大功率应用领域的需要和实现波形的多重移相叠加,主电路采用级联多电平逆变器.主要研究了三相逆变器开关角初值计算规律和求解方法,给出了三相多电平逆变器消谐PWM模型及求解结果,实现了SHE技术的实时...     

多级二维整数小波变换的FPGA实现研究

为了满足整数小波变换实时应用的需要,研究了整数小波变换的FPGA实现问题。相对于DSP等传统实现方式,用FPGA实现整数小波变换具有处理速度快,可重新配置硬件,易于修改移植等优点。论文首先描述了二维（5,3）整数小波变换的算法,接着阐述了一种多级二维（5,3）整数小波变换的FPGA实现结构,最后给出了硬件资源消耗、最大时钟频率和功能测试结果等FPGA实现结果。为了提高系统的处理速度,降低系统的资源消耗,本设计采用了参数可配置、共享一维小波变换单元等方法进行结构优化。实验结果证明了本设计结构的有效性,逻辑功能的正确性,修改移植方便,具有良好的应用价值。     

电力噪声作用下光伏电站监控系统可靠性研究

电力噪声对光伏电站监控通信可靠性具有较大影响。闪电,电力电子开关,继电器等动作产生瞬间电力噪声干扰都有可能导致电站监控系统出现数据传输错误。传统的通信噪声研究采用高斯分布估计模型,该模型不适合进行电力脉冲噪声分析,因此本文提出采用Middleton A类噪声来模拟冲击脉冲噪声,进行冲击噪声信道下BER分析;提出采用LDPC编码提高信道SNR,抑制电力脉冲影响;同时对LDPC硬件实现中网络传输时延问题展开分析;最后针对LDPC编码工程应用中,存在的数据位宽和功耗问题和迭代次数进行了分析,充分论证了基于网络的硬件实现方案的可行性,并在实际电站运用中取得理想效果。     

基于FPGA的整数三维DCT变换的实现

图像去噪作为数字图像处理领域的一个基础问题,对很多图像处理的算法研究具有重要作用.随着图像的数据量越来越大,对于图像处理的速率要求越来越高.FPGA具有吞吐量大、处理速度快、适合做并行运算的特点,可以使用FPGA实现图像去噪.基于相似块搜索的数字图像去噪算法的核心是三维DCT变换,HEVC中的整数DCT变换算法有助于减少计算复杂度,更适合FPGA的设计要求,进一步提高DCT变换速度.提出了一种基于FPGA的整数三维DCT变换实现方法,使得三维DCT变换速度显著提高.     

多电平通用空间矢量调制集成电路及其FPGA实现

提出一种多电平变流器空间矢量控制(space vector modulation,SVM)集成电路(integrated circuit,IC)的设计方法。所提出的多电平SVM IC是建立在参考电压分解的通用多电平SVM算法的基础上,适用于任何电平数目的多电平变流器。采用可编程逻辑门阵列(field-programmable gate array,FPGA)实现所提出的多电平SVM IC。基于FPGA的多电平SVM IC具有高速的处理能力,在数字控制器中专门用于脉冲信号的发生,可解决多电平SVM算法占用数字信号处理器(digital signal processor,DSP)计算资源过多的问题,并可实现较高的开关频率。并且采用所提出的多电平SVM IC可大大加速产品的开发周期。通过在1台9电平级联式变流器上的试验结果对所提出的多电平SVM IC进行验证。     

LDPC码offset BP-Based译码算法研究与硬件实现

低密度奇偶校验（Low-Density Parity-Check LDPC）码是一种接近Shannon极限的信道编码,在低信噪比的环境下仍能获得优异的误码率性能,目前应经成为编码界的热点研究课题之一。本文在探讨了LDPC码的经典BP（Belief Propagation）译码算法的基础上,通过分析比较,选取一种复杂度较低,性能较好的offset BP—Based译码算法在FPGA上进行实现,验证了LDPC码的优异性能,对于译码算法的硬件实现具有指导意义。     

应用于MMC-HVDC控制器的改进软件锁相环

分析了在三相电压不对称情况下传统软件锁相环相位输出产生误差的原因,提出一个改进的单同步坐标变换软件锁相环方法,即通过筇坐标变换,并延迟T／4周期计算来实现正、负序分量的分离,跟踪三相电压的正序分量以减小误差。基于RTDS搭建了MMC—HVDC一次系统模型,将改进软件锁相环应用于基于FPGA的MMC—HVDC控制器上,采用相关的控制和平衡策略,能有效地调节母线电压和有功功率,说明了改进软件锁相环相位输出的准确性。     

基于FPGA的飞行校验多模信号采集与处理设计

针对仪表着陆系统(ILS)、甚高频全向信标(VOR)等的飞行校验需求,设计了一种基于FPGA的多模信号采集与处理系统。选用普通导航接收机接收信号,以FPGA作为逻辑和时序控制核心。系统包含了模拟信号调理和A/D转换、无线电系统总线(RSB)接口、ARINC 429总线接口、USB总线接口等的相应软硬件设计,首次在国内提出RSB软硬件实现方案。根据ILS与VOR的信号特点,并且分析了FPGA有限字长的影响,设计了数字滤波器,实现了在FPGA上的校验信号处理。经过验证,设计能够为飞行校验平台提供有效的数据,并且具备较强的可移植性,符合要求。     

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.     

级联型多电平逆变器的改进PWM控制方法

级联型多电平逆变器由于其显著特点,受到了电力电子技术人员的广泛关注。通过对级联型多电平逆变器几种典型控制方法的分析比较,提出了一种改进多载波脉宽调制（PWM）控制方法。该方法通过改变载波的幅值,使级联逆变器的各个逆变单元开关规律相同,并使所有的开关器件的损耗一致,有利于保证逆变单元使用寿命的一致和提高整个装置的可靠运行性能。研制了一套串联2单元5电平逆变器,采用现场可编程门阵列（FPGA）器件实现了所提出的控制方法,控制精度高、抗干扰能力强。实验结果证明了该方法的可行性。     

易于FPGA实现的最优移相PWM控制策略

在综合考虑波形特性、开关损耗、电压利用率及易实现性的基础上,提出一种新的最优移相脉宽调制(PWM)控制策略。从线电压出发,指出电压利用率的提高实质上是一个非线性规划问题,并就此非线性规划问题分8种情况进行讨论,系统地分析了谐波注入正弦脉宽调制(SPWM)电压利用率可以达到的极限值。采用数字仿真得出易于现场可编程门阵列(FPGA)实现的最优移相PWM调制波数据,并对其进行频谱分析。论证了移相法和堆波法在开关损耗上的一致性,以及移相法具有开关动作均匀、易于FPGA实现的特点。最后给出了最优移相PWM策略MATLAB仿真波形以及在SIGA(system in gate array)多电平高压变频器模型机中应用的实验波形。