基于SHEPWM的三电平NPC逆变器中点电压波动抑制方法研究

针对基于传统特定谐波消除调制(SHEPWM)的三电平NPC逆变器的中点电压波动问题,分析了相电压中基波与三次谐波对中点电压波动的影响。建立了中点电压与三次谐波含量之间的关系,提出了基于三次谐波定量控制的改进SHEPWM方法,通过引入三次谐波控制方程重构SHEPWM开关角求解方程,并在此基础上以最大化程度抑制中点电压波动为目的,推导出了最优的三次谐波含量,在Matlab/Simulink平台上搭建了2 MW/3 k V逆变器并网模型,对改进SHEPWM方法的中点电压波动抑制效果进行了测试。研究结果表明:利用基于三次谐波最优含量控制的改进SHEPWM方法,能有效抑制中点电压的低频波动,提高NPC逆变器输出性能,降低直流环节电容。

NPC三电平变换器中点电压控制方法综述

中点箝位型(NPC)三电平拓扑是目前最常用的一种高压大功率多电平拓扑。在NPC三电平变换器的控制中,中点电压波动问题是一个直接关系到系统安全性与输出性能的重要问题,需要妥善解决。目前存在许多种可以抑制NPC变换器中点电压波动的控制方法,这里针对NPC三电平变换器,对其中点电压波动进行了分类并分析了其产生原因。归纳总结了常见的NPC三电平变换器中点电压控制方法,尤其对中点电压的软件控制算法进行了细致的分类和对比分析。

基于矢量分区的三电平中点波动机理分析的研究

本文深入研究了空间矢量调制模式下的三电平逆变器中点电压波动的机理,建立起基于矢量分区概念的中点电流数学模型,为中点电压控制提供了理论依据,并阐明了关于中点电压波动的几点重要结论。所提出的分析方法直观有效,物理意义清晰,便于对系统中点电压波动的理解和分析。仿真和实验研究结果证实了本文研究方法的正确性。

三电平变流器中点波动和死区效应优化策略

正弦脉宽调制(SPWM)由于简单易操作而被广泛运用于三电平变流器,但是针对三电平变流器的中点平衡问题,采用常规SPWM方法无法消除中点电压的低频脉动。所以在此首先建立中点电压波动的数学模型,凝练出中点电压波动和中点电流的关系,结合中点电压低频脉动消除原理和死区效应消除原理,提出一种四调制波策略。与传统SPWM方式相比,不仅有效消除了三电平变流器中点电压的低频脉动,而且还提高了变流器输出电流波形质量,并通过实验结果验证了理论分析的正确性和该方法的有效性。

基于3次谐波控制及脉冲波动分析的三电平SHE-PWM调制优化策略

提出一种改进的特定谐波消除调制(SHE-PWM)策略,该策略能够抑制NPC型三电平逆变器中点电压波动,消除线电压低次谐波。传统特定谐波消除策略下的脉宽调制电压幅值始终默认为恒定值,即1/2直流侧电压。但实际工况下中点电压波动会导致脉宽调制电压变化不等。因此传统调制求出的开关角在脉冲电压波动的情况下并不能彻底完成指定次谐波消除,输出电压中仍含有少量低次谐波。针对该问题,深入分析了相电压中基波与3次谐波对中点电压波动的影响,对传统SHE-PWM策略进行了改进,通过引入3次谐波控制方程和脉冲电压波动权值系数重构傅里叶方程组。通过实验与传统SHE-PWM策略进行对比,结果表明利用重构的傅里叶方程组求得的开关角能更好地抑制中点电压波动,降低低次谐波含量,进而验证了改进SHE-PWM策略的有效性。

Vienna整流器拉格朗日建模与双闭环控制研究

日常生活中交流电能大多数来自电网,因而整流电路是电网和电力电子装置的接口电路,其性能将影响电网的运行和电能质量。为了简化分析和控制Vienna整流器的过程,定义一个与开关管工作状态相关的新中间变量。采用动力学方法中的拉格朗日方程建立Vienna整流器的数学模型,再通过双闭环控制实现对整流器的准确控制。最后通过Matlab/Simulink搭建整流器的仿真模型,并利用HIL平台进行实验验证,结果表明所提控制方法较好地抑制了Vienna整流器直流侧中点电压波动与电流过零畸变的问题,实现了整流器在单位功率因数下运行,说明了控制方法的有效性和鲁棒性。

中点箝位型逆变器控制方法的综合研究

本文深入研究了空间矢量调制模式下的三电平逆变器中点电压波动的机理,建立了平均中点电流数学模型,为中点电压平衡控制提供了理论依据,并提出基于电压中矢量合成的中点电压平衡控制方法,该方法对于系统动态过程中出现的电压不平衡,可以通过调整冗余小矢量的相对作用时间进行补偿,由于电压中矢量的部分作用时间被均分给相应的小矢量,因此其补偿效果明显。实验结果证实了本文研究方法的正确性。

容错控制模式下三电平逆变器输出电压不平衡抑制方法

容错控制技术作为提高系统可靠性的一种重要方法,在工程领域得到了广泛应用;在中大功率电力电子控制领域,针对NPC型三电平逆变器容错控制拓扑的中点电压波动问题,目前研究尚未涉及。本文以八开关三相逆变器为三电平容错拓扑方案,首先证明容错拓扑中中点电压波动存在的必然性;其次,推导证明中点电压波动对逆变器输出侧的影响,即会导致输出电压的三相不平衡;最后,提出一种基于改进SVPWM的输出不平衡抑制策略,该策略能够在中点电压波动时,保证输出电压的三相平衡。实验结果证明,所提出的抑制策略能够对中点电压波动导致的输出不平衡起到明显的抑制效果,调节时间在一个调制周期内。

基于改进型自抗扰控制器的NPC三电平逆变器中点平衡策略

针对中点钳位型三电平逆变器所固有的中点电位波动问题,建立直流侧中点电位的波动模型,提出一种基于分数阶自抗扰控制器(FOC-ADRC)的中点电压平衡策略。避免了传统ADRC的非线性误差反馈率(NLSEF)需要凭经验试凑三个没有明确物理意义的参数难题,便于应用到三电平逆变器的中点电位进行电压实时补偿。原理样机实验表明该方法具有较强的中点电压平衡性能,可以快速估测并抑制中点电压波动,同时减小输出电压电流的谐波。

中点箝位型三电平逆变器控制方法的综合研究

深入研究了空间矢量调制模式下的三电平逆变器中点电压波动的机理,建立了平均中点电流数学模型,为中点电压平衡控制提供了理论依据,并提出基于电压中矢量合成的中点电压平衡控制方法,该方法对于系统动态过程中出现的电压不平衡,可以通过调整冗余小矢量的相对作用时间进行补偿,由于电压中矢量的部分作用时间被均分给相应的小矢量,因此其补偿效果明显。实验结果证实了本研究方法的正确性。

基于钳位方式切换的Vienna整流器载波断续脉冲宽度调制策略

当Vienna整流器工作在直流电压不平衡条件下时,传统载波断续脉宽调制(carried-based discontinuous pulse-width modulation,CB-DPWM)会增加输入电流谐波和中点电压波动。为解决上述问题,提出一种基于钳位方式切换的CB-DPWM策略。为了减小输入电流谐波,根据变化的电压矢量对子区域和零序分量进行重新划分和计算。据此,建立统一的CB-DPWM调制波,分析可运行区域,得到直流电压不平衡度和可运行区域成反比的结论。结合中点电流分析不同钳位方式对中点电压大小的影响,并根据直流电压不平衡度的大小实时切换钳位方式,从而有效地减小中点电压波动。通过钳位区域判断和优化开关序列,减少切换钳位方式引入的开关动作,提高了Vienna整流器效率。最后,在Vienna整流器实验平台上验证所提策略的有效性。

4种三电平载波调制策略对比研究

分析了4种三电平调制策略:载波同相层叠策略(PD-PWM),载波反相层叠策略(POD-PWM),载波同相交叠策略(COPWM-A)和载波反相交叠策略(COPWM-B)的基本原理,并从中点电压波动、输出相电压基波幅值及总谐波失真(THD)特性3方面对4种策略进行了对比研究。得到2个结论:1)4种策略中,载波交叠策略引起的中点电压波动小,输出电压基波幅值大,但含有低次谐波多,THD较大;2)载波反相调制策略(POD-PWM和COPWM-B)比载波同相调制策略(PD-PWM和COPWM-A)相电压THD特性好,但线电压THD特性差。实验结果验证了分析的正确性。

三电平NPC变流器双调制波载波调制策略调制波最优解的研究

在三电平NPC变流器的调制策略中,传统的载波调制策略会引发直流侧中点电压的波动,且该波动在特定的调制度和功率因数下不能通过调制波叠加零序分量法消除。本文分析了三电平NPC变流器双调制波载波调制策略的基本原理,并在此基础上提出了一类双调制波载波调制策略调制波的最优解。该类最优解一共有64个,它们具有如下特点:1可以实现任意调制度和功率因数下直流中点电压开关周期内无波动;2结果简单,无需复杂运算;3直流电压利用率是传统载波调制策略的1.154倍;4开关损耗在满足1的双调制波载波调制策略中为最小;5输出相电压THD特性在满足1的双调制波载波调制策略中为最小。仿真和实验结果验证了本文的分析。

三电平变流器载波交叠与层叠策略的对比研究

分析了应用于三电平中点箝位型(NPC)变流器的载波交叠调制策略基本原理,并从对中点电压波动的影响、总谐波畸变率(THD)特性两方面与传统载波调制策略进行对比研究。分析表明载波交叠策略比载波层叠策略引起的中点电压波动小,输出脉冲基波幅值大,但输出相电压和线电压脉冲中含有低次谐波,THD较大。实验结果验证了分析的正确性。

基于三电平变流器的单边可控开绕组永磁同步发电机系统控制技术

为改善变流器单边可控下开绕组永磁同步发电机(permanent magnet synchronous generator,PMSG)的运行性能,提出了三电平中点钳位式(neutral point clamped,NPC)变流器和二极管整流桥集成供电的单边可控开绕组PMSG系统拓扑结构。通过建立开绕组PMSG数学模型,研究了基于三电平变流器的单边可控开绕组PMSG系统控制策略,并结合三电平变流器的中点电压(neutral point potential,NPP)波动机制,分析了在此结构下三电平变流器关于调制度范围和功率因数角范围的运行性能。最后,通过实验验证了所提控制策略的正确性和可行性。

基于SAADR-PI的NPC三电平容错光伏并网逆变器FCS-MPC策略

为使并网逆变器在故障重构后仍向电网输送高质量电能,针对中性点钳位三电平逆变器容错拓扑,提出了基于自适应自抗扰比例积分控制器的有限控制集模型预测控制策略。首先,在直流侧电压控制环节引入自适应自抗扰比例积分控制器,以提高系统动态响应速度,增强系统鲁棒性能;然后,利用基于参考电压构造代价函数的并网模型预测电流控制策略,实现对参考电流的准确跟踪,并在代价函数中引入直流侧电容电压和开关频率约束项,以抑制中点电压不平衡问题,降低开关损耗;最后,在Matlab/Simulink中建立光伏并网系统模型并进行时域仿真。仿真结果表明,所提策略在稳态及光照阶跃变化时,直流侧电压调节具有更快的动态响应和更平滑的瞬态性能,且并网电流谐波含量低、波形质量好,可保证故障后依然能向电网输送高质量电能。

一种NPC型三电平变流器虚拟空间矢量调制策略的快速算法研究

在NPC型三电平变流器的调制策略中,虚拟空间矢量调制策略(Virtual Space Vector PWM,VSVPWM)是一种全调制度系数和全功率因数中点电压无波动的调制策略,但该调制策略的具体实现过程较为繁琐。分析了VSVPWM策略的基本原理,在此基础上提出了一种三电平VSVPWM策略的快速等效算法-各相电平作用时间计算法,这种快速算法不需进行传统三电平VSVPWM的复杂运算,更易于数字化实现。仿真和实验验证了文中理论分析的正确性。

利用矢量合成的三电平变流器SVPWM过调制技术

三电平变流器工作于过调制区间时,由于中矢量作用时间较长,所以常规的过调制输出矢量顺序会引起较大的中点电压偏移与波动。常用的中点电压平衡控制在过调制区中应用可以抑制中点电压的偏移,但不能减小中点电压的波动。为减小过调制时产生的中点电压波动,提出了一种新的利用矢量合成的过调制输出矢量顺序,该方法可将中矢量的作用时间减小为常规过调制方式的1/3,在实现过调制目标的同时,最大程度地减小了中点电压的波动,改善了系统性能,且双模式与单模式过调制均可采用该法合成大六边形上的输出矢量。仿真结果证明了所提方法的有效性与可行性。

一种适用于三电平逆变器的协调控制策略

针对中点箝位型三电平逆变器(NPC TLI)的中点电压和开关损耗问题,这里提出了一种适用于全调制度和全功率因数的多目标协调控制策略。TLI具有电流谐波小、开关应力低等优点,被广泛应用于中压大功率领域。首先,分析了TLI的工作原理和基于载波的非连续脉宽调制(CBDPWM)策略;其次,介绍了非连续脉宽调制(DPWM)策略的9种箝位模式及其对应的中点电流和开关损耗评价函数,提出了最小中点电压(NPV)波动和最小开关损耗的调制策略;再次,将两种调制策略进行函数化和归一化处理,建立了多目标协调控制函数模型;最后,通过实验验证了所提策略的可行性。

T型三电平逆变器虚拟空间矢量算法研究

T型三电平逆变器的中点电压不平衡是固有问题,尤其是在调制比较大和功率因数较低时中点电压波动更严重,这会导致逆变器输出谐波增大、开关管电压应力增大以及母线电容寿命降低。为解决该问题,提出在T型三电平逆变器中应用虚拟空间矢量算法,详细分析了虚拟空间矢量算法的扇区判断、区域判断、矢量选取、矢量作用时间计算以及矢量作用时序分配的原则。建立了基于虚拟空间矢量算法的T型三电平逆变器电驱动系统仿真模型,仿真结果表明采用虚拟空间矢量算法能够有效地减小中点电压波动。