面向残差评价的中点钳位型逆变器开路故障诊断方法

在基于解析模型的故障诊断系统中,为了显化残差信号所包含故障信息的能力,提出一种面向残差评价的中点钳位型三电平三相逆变器快速开路故障诊断方法。首先,构建诊断观测器获取三相电流观测值并通过观测矩阵计算电流残差;其次,通过引入基于范数的标准评价函数,计算残差性能指标与阈值,将残差转换为可用的特征信号并与阈值相比较实现高效实时的故障检测;再次,推导不同功率开关器件开路故障状态下的电流残差特性,并依据此特性实现精准的故障隔离;最后,在仿真平台及半实物实验平台上验证了该文所提算法的有效性与可行性。仿真与实验平台结果表明,相较于传统基于信号与知识的诊断方法,残差性能评价的引入使得诊断速度提高80%以上。针对NPC型三电平三相逆变器常见的四种开路故障情况,均可实现快速且精准的故障检测及定位。

一种以降低逆变器开关损耗为目标并考虑中点电位平衡的适用于中点钳位式三电平逆变器的调制方法

介绍了中点钳位式(neutral point clamped,NPC)三电平逆变器载波脉冲宽度调制(carrier-based pulse width modulation,CBPWM)、空间矢量脉冲宽度调制(space vector PWM,SVPWM)、最小开关损耗脉冲宽度调制(switching loss minimize PWM,SLPWM)3种典型的调制策略。当中点电位偏移时,提出了一种非对称载波脉冲宽度调制(asymmetric carrier disposition PWM,ASPDPWM)策略,可以在中点电位偏移时输出正确的PWM序列,有效抑制逆变器输出的低频谐波含量。分析了基于载波移位脉冲宽度调制(carrier disposition PWM,PDPWM)策略的中点电位平衡方法。提出了一种SLMPWM和PDPWM混合调制策略,这两种调制策略的切换采用滞环控制方式。在实验室搭建了NPC三电平逆变器实验平台,通过阻感性负载和永磁同步电机负载验证了混合调制策略的有效性。实验结果验证了SLMPWM和PDPWM的混合调制策略能够有效降低开关损耗和控制中点电位。

中点钳位式三电平STATCOM的动态相量建模与仿真

首先介绍了中点钳位式(NPC)三电平静止同步补偿器(STATCOM)的结构和原理,采用一种改进的空间矢量脉宽调制(SVPWM)控制方法,用以解决换流器直流侧两个电容的电压均衡问题;通过开关函数详细描述了换流桥的离散动态过程,使用动态相量法得到STATCOM的动态模型,并同时给出了电源、负荷和输电线路的动态相量模型;最后使用Simulink/Matlab平台分别实现了含NPC三电平STATCOM测试系统的电磁暂态模型和动态相量模型的建模,仿真结果验证了动态相量模型的精确性和有效性。

三电平有源层叠中点钳位式变换器拓扑分析

传统中点钳位(NPC)三电平变频器存在功率器件损耗不平衡问题,限制了变频器容量和功率器件开关频率的提升。有源钳位式NPC拓扑或者层叠式NPC拓扑可以产生更多的零电平状态实现功率器件损耗平衡。有源层叠式中点钳位式拓扑是有源钳位式NPC的衍生拓扑。对有源层叠中点钳位式NPC拓扑进行分析,利用交替反向层叠式(APOD)PWM进行脉宽调制。通过仿真验证该拓扑的工作特点和APOD-PWM算法的有效性。

基于IGCT的大功率五电平中点钳位/H桥变流器

将三电平中点钳位(NPC)交直交变流技术和H桥级联技术相结合的五电平NPC/H桥变流器可以实现更高等级的输出电压和容量。该文研究基于集成门极换向晶闸管(IGCT)的大功率五电平NPC/H桥变流器的主电路拓扑结构,并采用模块化结构设计方式减少了杂散参数。在变流器输出中低频时采用一种改进型载波层叠正弦脉宽调制(IPD-SPWM)方法,并提出一种解决低调制度时最小脉宽问题的方法。在变频器输出高频时采用特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)方法来减小输出电压的总谐波畸变率(THD),并给出计算的开关角度轨迹。实验结果验证了该文研制的变流器所采用的拓扑结构设计和调制方法的可行性,表明变流器达到了设计要求,具有良好的性能。

基于零序电压注入的七电平有源中点钳位型逆变器中点电压平衡控制方法

该文首先介绍七电平有源中点钳位型（seven-level active neutral-point-clamped inverter,ANPC-7L）逆变器及其悬浮电容电压控制问题;然后利用平均状态的概念将悬浮电容电压控制问题与母线中点电压控制问题进行解耦,建立基于零序电压注入的中点电压平衡控制模型,推导出中点电压的完全可控区域;最后,在此模型的基础上,提出一种试探–验证型的母线中点电压平衡控制实时算法。针对ANPC-7L逆变器的特殊性,对此方法进行进一步的优化,保证了串联管工作频率为逆变器输出频率,避免了相电压的多电平跳变。在一台380V/5k W的ANPC-7L逆变器上取得的实验结果证明了所提算法的有效性。

真空管道磁浮列车三电平中点钳位整流器的改进型模型预测控制研究

真空管道磁浮列车三电平中点钳位(NPC)整流系统所需的控制目标较多。与PWM控制方式相比,模型预测控制可以在单个代价函数中增加任何必要的控制目标,故更适用于多目标控制,但其计算量更大,主要控制目标相互耦合,影响输出性能。为了解决传统模型预测控制存在的问题,本文提出一种改进型模型预测控制策略,可在保证系统稳定运行的基础上,节省约22%的计算时间。同时,本文考虑负载与开关频率权重系数的变化对电流谐波畸变率(THD)及平均开关频率(损耗)的影响,提出变开关频率权重系数的控制策略,以满足不同负载情况下系统对谐波和损耗的要求。最后,仿真验证了所提策略的有效性。

改进式SHEPWM对三电平变频器系统的共模电压和轴电压的抑制作用

降低三电平中点钳位式变频器驱动电机的共模电压和轴电压,减小轴电流,对预防定子绕组绝缘击穿和延长轴承寿命以及减小电磁干扰等具有重要意义。使用改进型特定谐波消除脉宽调制技术,选择消除变频器输出共模电压中的低频分量,再使用共模滤波器滤除剩余的高频分量,在电机端得到了较低的共模电压和轴电压。并对有、无共模滤波器以及在工频电网供电下的共模实验数据进行了对比分析,结果证实该方法简单高效。

准PR控制的三电平逆变器及中点平衡策略

针对二极管钳位式三电平逆变器(NPC)的中点电位不平衡问题,在空间矢量调制(SVPWM)下,提出一种混合式中点电位平衡策略。在低调制度下,采用十三矢量法调制,该调制只使用1个零矢量、6个中矢量和6个大矢量来合成参考矢量,可以取得更好的平衡效果;在高调制度下,对传统七段式调制加以改进,调节正负小矢量的作用,最大限度减小中点电位波动。并采用准PR控制跟踪指令电流,根据最优二阶系统理论整定了参数。最后,在MATLAB/Simulink中搭建了仿真模型,验证了的中点平衡策略和准PR控制的正确性。

游梁式抽油机专用中压变频器的研究

本文针对抽油机驱动电机的"大马拉小车"现象以及功率因数和工作效率低等问题,设计了游梁式抽油机专用的中压变频器。并通过理论研究、现场试验及数据分析,证明了方案可行性。

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。

Z源NPC三电平变换器恒功率并网控制策略研究

Z源中点钳位式(NPC)三电平变换器把逆变和升压两种环节结合在一起,结构简单、工作效率高,但是针对这种结构输出的无功功率研究较少。提出了一种Z源NPC三电平变换器的恒功率并网控制策略。首先对这种变换器的结构及原理进行分析;再把恒功率控制引入到这种变换器的并网控制中,并采用空间矢量脉宽调制(SVPWM)实现了变换器的并网控制。MATLAB/Simulink软件仿真结果证明了这种变换器能够提高电压升压比。该控制策略可使变换器输出的有功功率、无功功率稳定于设定值,且并网电流谐波较低。

一种TNPC三电平逆变器的零电流软开关技术

为了改善变流器的谐波含量和效率,多电平拓扑被广泛应用于光伏和储能领域.同时,采用软开关技术能够降低开关损耗.针对T型中点钳位式(TNPC)三相三电平结构,提出了一种新型的零电流软开关变流器拓扑.该软开关拓扑每相仅需要额外使用两个辅助谐振开关器件和一条LC谐振支路,拓扑控制简单,不需要改变传统的PWM调制方法,辅管的开通时间只由LC谐振参数决定.就能保证主桥臂和辅助桥臂的开关器件实现零电流转换(ZCT),提高了系统的效率.通过换流过程方程和状态平面图,对所提出软开关技术的工作原理和控制方法进行了详细的分析和推导.通过半桥样机实验验证了所提出软开关拓扑的可行性.

三种三电平NPC变换器拓扑比较

三电平中点钳位式变换器在高压大功率电力电子与电力传动系统中已经有了广泛的应用。本文对两种典型的三电平中点钳位式拓扑(二极管NPC、有源NPC)和一种比较新颖的三电平有源层叠式NPC拓扑进行比较分析,包括调制原理,功率损耗,器件成本和性能特点等。通过仿真和分析得出结论。

三电平NPC变换器谐波与电磁干扰噪声优化调制

在许多大功率交流传动场合,随着变换器开关频率的提高,所产生的谐波和电磁干扰(electromagnetic interference,EMI)噪声也越来越高。针对三电平中点钳位(neutral-point-clamped,NPC)高频变换器谐波和EMI噪声严重的问题,在空间矢量脉冲宽度调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)策略基础上,提出了一种基于Markov链的随机SVPWM方法。该方法将Markov链产生的随机数应用于SVPWM策略中,使实际频率变化更加随机均匀的分布在理论开关频率两侧,实际系统的输出线电压谐波噪声也分散在一个较宽的频段上,同时也降低了变换器的EMI噪声。仿真结果表明:提出的调制策略相比传统SVPWM策略在谐波分布上有明显的改善,传导EMI噪声也从140 dB/μV降为120 dB/μV。

矿用NPC三电平逆变器开关管开路故障诊断方法

矿井提升机、带式输送机中电动机驱动系统的变频器大多采用中点钳位式(NPC)三电平逆变器,该逆变器开关管数量多、运行频率高,在短时间内高频率切换开关工作状态和在复杂工作环境下容易出现开关管开路故障,且故障信号具有非平稳特性。现有NPC三电平逆变器开关管故障诊断方法存在故障特征提取困难、计算量大、故障准确率较低等问题。针对上述问题,提出了一种基于概率神经网络(PNN)的矿用NPC三电平逆变器开关管开路故障诊断方法。首先利用示波器采集逆变器三相相电压信号,并对相电压信号进行去噪、归一化等处理。然后利用Clark与Park变换将三相相电压转换为两相旋转(d−q)坐标系电压,利用经验模态分解(EMD)将d轴电压分解为多个本征模态分量(IMF),对于不同的开路故障,计算各IMF的方差贡献率,得出第2、第3、第8个IMF的方差贡献率相差较大,以这3个IMF代表不同的开路故障,并计算出它们的均值、均方差和方差,作为逆变器开关管开路故障特征向量。最后将特征向量输入PNN中进行训练与分类,实现NPC三电平逆变器开关管开路故障诊断。实验结果表明,与基于卷积神经网络(CNN)和支持向量机(SVM)的故障诊断方法相比,基于PNN的矿用NPC三电平逆变器开关管故障诊断方法具有更高的故障诊断准确率,平均故障诊断准确率达97.75%。

320kW组串式光伏逆变器的IGBT模块解决方案研究

组串式光伏逆变器的单机功率密度不断攀升。为应对高功率密度的技术趋势,针对320 kW组串式光伏逆变器,提出了基于全新的EasyPACK 4B封装技术的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块方案。该方案基于有源中点钳位(ANPC)拓扑结构,IGBT选择芯片类型时,可采用英飞凌科技股份有限公司最新推出的950V S7或950V L7芯片,推荐采用指定的脉冲宽度调制(PMW)策略。为实现逆变器更高的能量转换效率,ANPC拓扑结构内部的IGBT、外部的IGBT分别采用不同特性的芯片,钳位二极管使用SiC肖特基二极管。创新型的EasyPACK 4B封装技术通过优化芯片布局及换流路径,单个IGBT模块就可以实现一个逆变桥臂的功能。仿真验证结果表明:基于该IGBT模块方案的组串式光伏逆变器的功率能够达到业界最高的逆变器功率320 kW,且所需模块数量仅为传统IGBT模块方案的一半,并在不同工况下IGBT模块的效率均可达到99%以上,适用于大功率组串式光伏逆变器的技术需求。

基于FPGA的三电平风电变流器三维空间矢量调制算法

将三电平变流器拓扑应用于风电系统中可有效提高整机效率,降低电压应力,具有诸多优势。传统三电平空间矢量调制算法计算繁琐,在数字控制系统中需占用大量资源,降低了系统性能。本文针对三电平二极管中点钳位式变流器的三维空间矢量调制算法进行了研究,采用三维坐标系进行矢量计算,避免了传统空间矢量调制算法中烦琐的计算。基于现场可编程门阵列(FPGA)实现了这一算法,实验结果验证了算法的正确性。

基于动态空间矢量的三电平逆变器不连续调制策略

针对不连续调制策略下二极管钳位式三电平逆变器中点电位波动难以抑制的问题,提出一种动态空间矢量不连续调制策略。该策略通过实时检测逆变器上下电容电压,生成动态空间矢量,进而精确合成参考矢量,有效降低中点电位波动带来的输出波形畸变。采用基于gh坐标系及奇偶扇区转换的方法,避免空间矢量动态化带来的调制算法复杂度问题。为消除中点电位偏移,提出实时切换对中点电位具有相反作用的开关矢量序列的方法。最后给出基于误差电流矢量的调制策略评价方法,从理论上验证了所提的动态空间矢量调制的优势。仿真和实验结果进一步验证了本文所提方法的有效性。

三电平逆变器直接转矩控制仿真分析

对三电平逆变器直接转矩控制的基本原理,拓扑结构,控制原理,及控制策略进行了详细的分析,给出了一种结合三电平特性的异步电机数学模型,通过仿真验证了建立在该模型下的中点钳位式三电平逆变器直接转矩控制的良好动静态特性。