多电平三相电压源逆变器结构优化设计

目前多电平三相电压源逆变器被广泛应用于高压、大功率电子设备中,为解决传统三相电压源逆变器运行中出现的直流侧电容电压失衡问题,基于空间矢量调制开关直流电源对逆变器结构进行优化设计。建立多电平三相电压源逆变器等效模型,利用60°坐标的空间矢量调制算法实现空间矢量调制,利用电容电压平衡算法充分考虑不同矢量间的切换顺序,实现电容电流平衡。实验结果表明,对比传统方法,该方法调制多电平三相电压源逆变器输出线电压波形畸变率为0.18%,电容点电压波动可控制在3 V以内,优于对比方法,具有更好的应用性能。

三相电压源逆变器功率管开路故障诊断方法

本文全面探讨了三相电压源逆变器(VSI)的基本工作原理、开路故障的特征及其影响,以及这种故障的诊断方法。首先,介绍了三相逆变器的概念和工作原理,接着分析了逆变器在正常工作状态下的性能,如输出波形的质量、效率和散热情况。通过具体案例研究,展示了如何应用这些理论和技术来诊断和解决实际中的开路故障。案例分析突出了综合运用多种诊断工具和策略的重要性,以及进行定期维护和监测的必要性。本文的研究不仅为三相逆变器的故障诊断提供了实用指南,也为电力电子领域的工程师和研究人员提供了宝贵的理论和实践知识。

三相电压源逆变器内部IGBT模块温度的求解及评估

三相电压源逆变器的工作性能、使用寿命等方面均与其内部绝缘栅双极晶体管(IGBT)模块温度直接相关,故求解及评估该逆变器中IGBT模块的温度对于确保逆变器系统的安全可靠运行具有重要意义。针对现有模型及方法难以求解IGBT模块温度的问题,本文借鉴直接法的思想,提出了一种新的简单实用的IGBT模块温度求解算法。基于拟合及插值算法,推导并建立了IGBT模块功率损耗模型;基于电热比拟理论,探讨并建立了集中参数的IGBT模块等效Cauer传热网络模型,并将传热微分方程差分化;最终,在同一电路仿真器中构建出IGBT模块温度的求解算法。在三相电压源逆变器的算例中,通过与英飞凌IPOSIM的温度计算结果对比,表明本文算法最大误差为3.01%,且温度变化趋势与IPOSIM基本一致,最后利用该算法评估了逆变器在不同负载工况下的IGBT模块温度,所得结果可为合理地进行三相电压源逆变器的散热设计、长期可靠性评估等服务。

基于电力电子结构块和USB技术的三相电压源逆变器设计

基于电力电子结构块(PEBB)和USB技术设计了一台三相电压源逆变器,分析了其系统组成结构及实现方法,给出了硬件结构图和软件流程图。样机的组建过程和试验结果证明了该方法的简便性、灵活性及可行性,为三相电压源逆变器及其它电力电子设备的设计提供了一种新的思路。

嵌入式三相电压源逆变器(VSI)设计

按照嵌入式系统设计方法,设计了一个嵌入式三相电压源逆变器,介绍了处理器和嵌入式操作系统的选择,给出了硬件结构图和软件设计方法。实验结果证明,嵌入式系统设计方法完全可以应用于电力电子领域。

基于三相逆变器变开关频率和变直流母线电压的PMSM控制

针对三相电压源逆变器应用固定开关频率和额定直流母线电压的空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)驱动方式时存在直流电压利用率低、绝缘栅双极性晶体管(insulated gate bipolar tran⁃sistors,IGBT)损耗较高的缺点,建立永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)和基于输出周期的IGBT损耗控制模型,在此基础上以输出电流质量为约束条件,以开关频率和直流母线电压为约束变量,应用猫鼬优化算法获得基于输出周期的IGBT损耗最优的开关频率和直流母线电压。对所提出的策略进行仿真和实验,通过比较输出电流总谐波畸变率(total harmonic distortion,THD)、电流波形、IGBT损耗和结温等验证所提策略在保证控制系统性能的条件下降低三相电压源逆变器损耗,增加三相电压源逆变器的可靠性。

基于开关函数的三相电压源型逆变器的新型仿真模型

静止电力变换器的性能可以通过PSPICE等电路仿真软件来进行分析。然而,在研究其性能时通常采用一组实际的开关来模拟,这样会由于电路结构复杂而导致运行时间过长和出现收敛问题。提出在PSPICE中采用宏观模型来模拟三相电压源型逆变器(VSI),所提出的宏观模型基于VSI的开关函数而不是实际的电路结构。这种模型适用于稳态和大扰动暂态分析。使用这种方法,VSI可以被模拟成多端口网络以避免由于使用电力开关的实际非线性微观模型而产生的问题。给出了使用SPWM技术的VSI的模型,并通过仿真研究计算了输出电流的谐波畸变率,证明了所提出模型的有效性。

三相电压源型逆变器的多目标满意优化脉宽调制策略

提出了一种基于伏秒平衡方程组特解在线规划的新型多目标满意脉宽调制策略(multi-objective satisfactory optimization PWM,MSO-PWM)。首先,针对单个载波周期内线性调制范围扩展、输出电流纹波损耗与开关损耗3个优化目标分别建立了时域数学规划模型,并求解各自的全局最优解,实现了单个目标的全局最优化。通过对3个目标的全局最优解的分析,揭示了不同优化目标之间矛盾的本质原因,通过引入满意优化的思想,以多目标满意取代单目标最优,并通过目标满意度松弛避免了因目标矛盾而出现的无解问题,最终实现了3个目标的整体满意优化。相对于现有的单目标局部优化PWM,所提出的MSO-PWM能够根据决策者偏好信息通过调整开关损耗系数界限来灵活地调整各控制目标的重要性,在偏重优化某个目标的同时兼顾其他目标,实现多个目标的满意优化,以满足现代逆变器系统越来越多的设计要求,具有很强的通用性和灵活性。实验结果验证了MSO-PWM的正确性与灵活性。

配电网三相电压源型逆变器的接口滤波器设计研究

为降低逆变器产生的谐波电流,在三相电压源型逆变器(VSI)与电网间通常需要接入网侧接口滤波器。然而,由于配电网本身是一种弱电网,是非理想电网,因此,通常只能将其等效为电压源串联阻抗,这样,当有多台带滤波器的VSI接入配电网时,VSI之间就可能产生交互作用。文章研究了当多台带滤波器的逆变器通过阻抗耦合时的不稳定现象,证明了即使配电网中各VSI的接口滤波器参数的设置满足单独接入要求,仍然会产生谐振现象;此外,研究了参数选取的稳定域,采用小信号环分析法,对稳定性问题进行了评估,并且对采用阻抗法时不稳定边界进行了定位。最后,通过逐周期仿真和实验验证了该谐振现象以及重要设计参数的稳定性边界值。

基于BP神经网络的三相电压源型逆变器开路故障诊断

为实现三相电压源型逆变器(three-phase voltage source inverter, TP-VSI)开路故障的诊断与精确定位,提高故障诊断效率,提出基于BP神经网络的TP-VSI开路故障诊断方法。首先,研究TP-VSI正常工作原理、开路故障机理,确定线电压作为检测量;其次,采用快速傅里叶变换(fast Fourier transform, FFT)提取不同故障下的特征值,构建故障特征向量;最后,建立一个3层BP神经网络,进行故障诊断,实现对开路故障的精确定位。该方法通过获取包含故障信息的故障特征值,经过FFT把时域信号变换到频域信号,再通过BP神经网络建立TP-VSI开路故障与特征值的一一对应关系。与其他智能诊断方法进行对比,证明了BP神经网络对TP-VSI开路故障诊断的可行性和较高的诊断准确度,实现了BP神经网络对TP-VSI开路故障的诊断与精确定位。

三相H7电压源型光伏并网逆变器共模电压抑制

针对典型三相非隔离型光伏并网逆变器(以下简称"典型逆变器")存在共模电压的问题,在分析了共模电压与开关状态之间关系的基础上,提出采用具有7开关的三相H7电压源型光伏并网逆变器(以下简称"H7逆变器")拓扑和5段式空间矢量脉冲宽度调制技术,通过控制零矢量来抑制共模电压,并阐述了调制策略的实现方法。应用MATLAB/Simulink和MATLAB/Powergui平台对典型逆变器和H7逆变器进行仿真对比,典型逆变器和H7逆变器的共模电流有效值分别为0.716 A和0.411 A,且前者的共模电压基波幅值大于后者的共模电压基波幅值,说明所提方法能有效抑制共模电压。

基于容量比例分配的三相逆变器并联系统分析

对于逆变器并联的研究,主要针对同等容量的情况,不同容量的逆变器并联研究的很少。针对不同容量逆变器的并联系统,提出了基于容量比例分配的多逆变器并联方案,以三相电压型逆变器为例,通过公式推导,和仿真分析证明了本文提出的分布式瞬时均流方案的可行性。

一种并网逆变器无交流电压传感器控制策略研究

针对配电电压波动较大等问题,研究了一种基于正交滤波器的并网逆变器无交流电压传感器控制策略。首先利用二阶广义积分器对特定频率交流信号的无差跟随特性构成正交滤波器,然后使用该正交滤波器构建三相并网逆变器的电压观测器,在两相静止坐标系下直接对电网电压进行观测,结合三相并网逆变器在两相静止坐标系下的PR控制,实现逆变器在无交流电压传感器条件下的运行控制。该策略能够避免传统虚拟磁链观测中的积分饱和、初值敏感、静态误差等问题。通过仿真与实验验证了所提出策略的有效性。

电网电压不平衡时逆变器无交流电压传感器控制策略

针对非理想电网电压条件,研究一种适应电网电压不平衡情况的并网逆变器无交流电压传感器控制策略。首先基于二阶广义积分器构建正交滤波器及适合电网电压不平衡条件的三相并网逆变器电压观测器,在两相静止坐标系下对电网电压进行观测;然后基于正交滤波器输出量进行正、负序分离,使正、负序分离与电网电压观测同步进行;最后结合逆变器在两相静止坐标系下的PR控制,并采用负序补偿算法,实现逆变器在电网电压不平衡条件下的无交流电压传感器控制。该策略能够避免传统虚拟磁链观测中的积分饱和、初值敏感、静态误差等问题,并克服现有基于正交滤波器的逆变器无交流电压传感器控制无法适应电网电压不平衡情况的问题。通过仿真与实验验证了所提出策略的有效性。

改进型三相V/v牵引变压器及其综合补偿方法

三相V/v变压器在高速铁路中广泛使用。高速电力机车作为单相PWM负载,在电网产生严重的负序、3次谐波和频带较宽的高次谐波电流。该文提出由三相三绕组V/v变压器、无源滤波器和三相电压源逆变器(voltage source inverter,VSC)组成的综合补偿系统。三相V/v变压器带补偿绕组,补偿绕组采用零等值阻抗设计,直接匹配为VSC电压等级,省去两台降压变压器;无源滤波器采用感应滤波技术设计,包括3次单调谐滤波器和高通滤波器;VSC仅补偿负序电流,降低了开关频率。详细阐述了系统方案,利用等效电路分析基于感应滤波技术的谐波抑制原理,得出滤波器设计方法,推导负序电流补偿原理,并提出一种新的参考电流检测算法。该算法避免了检测网侧相电压而三相V/v变压器无网侧中性点的矛盾,采用准比例谐振VSC控制方法,在电网频率波动时仍有良好的电流跟踪效果。仿真与实验结果验证了所提方案和控制方法的正确性。

基于电流矢量特征分析的逆变器开路故障快速诊断与定位方法

提出一种基于电流矢量特征分析的三相电压源逆变器单开关管开路故障快速诊断与定位方法。该方法仅仅利用三相电压源逆变器的输出电流,根据电流矢量瞬时频率特征和电流矢量瞬时角度特征在逆变器故障前后发生的变化进行故障诊断,其中利用电流矢量瞬时频率的变化进行故障快速诊断,结合电流矢量瞬时角度信息进行故障相定位,并结合一种基于电流平均值的诊断变量进行故障开关管定位。通过仿真和搭建硬件实验平台证明所提出的故障诊断与定位方法能够有效地快速定位出故障相以及故障开关管。

CSI和VSI组合式电力逆变器

本文提出了一个大电流源与一个小电压源组合的逆变电路。此组合式逆变器具有这两种变流器的某些优点。与普通电压源逆变器相比,这些优点包括可降低开关损耗,改善输出电流波形的质量,以及加快对电流控制指令的动态响应。文章分析了这种组合式逆变器的工作原理及特点,并提供了实验室原型电路的试验结果。

采用六相八桥臂变流器永磁同步电机系统的驱动及容错控制仿真研究

对双Y移30°的六相永磁电机控制系统分析时,如果电机本体结构设计时各相绕组间互感可以忽略不计,可以将其看作2套三相子控制系统进行分析。参考常规三相半桥拓扑结构下电机的建模,对三相四桥臂拓扑结构下的子系统进行建模;在三相半桥控制系统空间矢量调制原理的基础上,提出了三相四桥臂的三维静止坐标系下的空间矢量调制原理;最后,对常见的一相故障提出两种容错控制策略,并利用仿真对控制策略进行验证。

一种TSPWM调制算法的等效实现方式

针对传统三相逆变器中由于高频开关动作而产生高峰值高频共模电压的问题。首先对电机驱动系统空间矢量脉宽调制(SVPWM)与三态脉宽调制(TSPWM)下的共模电压进行对比分析,并在此基础上研究了非连续脉宽调制(DPWM1)的调制波与TSPWM的调制波之间的关系,给出了基于载波的TSPWM调制实现方法。然后,研究了正负极性载波之间的关系,给出了负极性载波在工程上的一种实现方式。最后对所提的TSPWM调制实现方法进行仿真和试验验证。结果表明,可以用DPWM1的调制波的实现方式来实现TSPWM的调制波,负极性载波下的脉宽调制(PWM)信号可以由正极性载波代替生成。

基于容量比例分配的三相逆变器并联系统分析

对于逆变器并联的研究,主要针对同等容量的情况,不同容量的逆变器并联研究的很少。针对不同容量逆变器的并联系统,提出了基于容量比例分配的多逆变器并联方案,以三相电压型逆变器为例,通过公式推导,和仿真分析证明了本文提出的分布式瞬时均流方案的可行性。