对称双向多电平逆变器单极性LS-PWM调制策略

针对传统功率开关器件-二极管(power switch-diode,PSD)多电平逆变器拓扑存在反向电流和电压尖峰的问题,提出一种对称双向PSD多电平逆变器拓扑,该拓扑通过增加反向电流回流路径的方式,不仅能够解决传统PSD拓扑存在的反向电流和电压尖峰问题,而且在使用功率器件数量、总阻塞电压以及开关损耗等方面均具备优势。为了控制逆变器运行时反向电流的流向,通过对对称双向级联型多电平逆变器的开关状态进行分析,提出一种适用的单极性LS-PWM调制策略,该调制策略可降低逆变器开关损耗,同时防止功率倒灌。最后通过仿真和实验结果验证了该拓扑及调制策略的有效性。

基于多种群遗传算法的多电平逆变器输出电压THD最小化调制策略

多电平逆变器具有低谐波含量,电磁干扰小,高压大容量,输出波形质量好等特点,被广泛用于中高压大功率系统当中。特定谐波消除技术SHEPWM是在多电平逆变器中的一种常用开关策略,相比于高频调制,SHEPWM技术能够消除某特定次谐波,而且具有更低的开关频率和开关损耗等优点。针对传统SHEPWM技术中THD不能达到最优的问题,推导出了输出电压谐波总含量的解析表达式,并采用多种群遗传算法对解析表达式进行求解,在得到最优开关角度的同时求出全调制度下输出电压的最小THD值。文中以三单元7电平级联H桥为例,给出了THD解析式模型及其开关角度轨迹图,和传统多波段SHE进行了对比,发现谐波总含量THD得到很大程度上的降低,同时也解决了其存在电流倒灌的问题。仿真分析和实验结果验证了方法的可行性和优势。

基于功率开关-二极管基本单元多电平逆变器及其功率均衡调制策略研究

针对级联H桥型多电平逆变器开关器件随逆变器输出电平数增加显著增多的问题,提出一种以功率开关器件-二极管为基本单元的新型多电平逆变器。该逆变器仅使用较少开关器件即可实现高质量电平输出,且该拓扑开关损耗低、效率高,不仅易于扩展还能有效避免级联单元间电流倒灌等问题。针对传统正负反向层叠载波调制策略调制下逆变器存在级联单元间输出功率不均衡的问题,在传统调制策略基础上推导分析区域功率,提出了一种基于部分载波循环的功率均衡调制策略,并验证了载波循环规律的普适性,所提调制策略能在保持输出电压波形质量不变的情况下,载波仅变换2(n-1)次即可在nT_(o)/2内实现级联单元输出功率均衡以及开关损耗平均分配,并提高电源利用率。最后搭建两单元七电平逆变器实验平台对所提调制策略进行了实验验证。

基于载波重构的CHB多电平逆变器的功率均衡方法

针对级联H桥(cascaded H-bridge,CHB)九电平逆变器在传统载波移幅调制下四个单元输出功率不均衡的弊端,提出了一种基于载波重构改进的功率均衡策略,该策略可以有效减少载波数量,通过二次功率均衡处理,实现了级联H桥九电平逆变器四单元间的输出功率均衡.首先通过载波重构方式实现四单元间两两功率均衡,再通过对开关管的驱动信号进行1/4周期逻辑互换后得到开关管的实际驱动信号,从而实现全调制度下全单元功率均衡.仿真和实验结果表明,该策略能够在有效减少载波数量的基础上实现四个级联H桥单元的功率均衡.

一种新型开关电容准谐振多电平逆变器

针对现有多电平逆变器充电过程存在电流尖峰和电压波动问题,提出一种新型准谐振五电平逆变器。简言之,采用载波层叠脉宽调制方案,将开关电容技术与传统五电平逆变器相结合,减小了前级承受的累加电平,实现了五电平输出;并在电容充电过程与串接电感谐振,消除了电流尖峰和电压波动,同时减轻了电容的发热问题,延长电路的使用寿命。最后,对所提结构进行了仿真验证,其结果证明了所提逆变器结构方案的正确性和可行性。

基于模块化多电平逆变器的新型风电系统设计

为了优化风电系统的设计,本文分析了模块化多电平逆变器的应用。同时,强调了风能在环保方面的优势,并对未来电力市场中的模块化多电平逆变器技术进行了概述,包括其基础原理、主要类型和工作机制。进一步探讨了风电系统的基本组成和工作原理,特别是风机的电气系统和电网接入的策略。研究结果表明:模块化设计方法为风电系统提供了一个高效、灵活和可靠的解决方案,进一步推动了风电技术的应用和发展。

多电平逆变器在电力系统谐波抑制中的应用研究

随着电力电子技术健康高效发展,多电平逆变器因其输出波形效果好、谐波含量低、效率高等优点,在电力系统中得到广泛应用。然而,由于电力系统中非线性负载不断增加,谐波问题日益突出,所以,对电力系统稳定运行等造成严重威胁。鉴于此,本文旨在探讨多电平逆变器在谐波抑制方面的作用及其优化策略,以期为电力系统的谐波治理提供新的思路和方法。

单相光伏级联多电平逆变器漏电流抑制与功率均衡控制综述

单相级联多电平逆变器(CMI)因其可实现组件级最大功率点跟踪(MPPT)、组件可关断、多电平输出电压谐波含量低、集优化器与并网逆变器为一体的结构等优势,近年来在光伏并网系统的研究领域受到关注。以单相非隔离型独立直流母线结构的光伏级联多电平逆变器(PV-CMI)为研究对象,针对其存在的两个问题进行综述:一是因缺少隔离环节可能导致的漏电流问题:二是单相PV-CMI各单元间相互独立的直流光伏输入可能导致的功率不均衡问题。这两个问题对单相PVCMI的安全稳定运行造成了威胁,从而极大地限制了单相PV-CMI的推广和应用。文中分析了单相PV-CMI的基本原理和拓扑特点,分别就其漏电流与光伏功率不均衡两大关键问题,综述现有的研究方案并进行了总结。最后,展望了PV-CMI未来的发展趋势及其存在的技术挑战,为后续研究提供了参考。

一种级联H桥多电平逆变器故障诊断方法

为了诊断级联H桥多电平逆变器的开关管开路故障,提出一种基于载波层叠调制(LSPWM)技术的故障诊断方法,直接对H桥输出电压、负载电流和驱动信号的输出特性曲线进行分析。当部分驱动信号断开后,相应的电流和电压出现部分缺失和波动,从而推出故障情况下三者之间的对应关系。依据调制波和负载电流的方向,将系统运行分为4种工作模式,并在特定模式下诊断故障。对故障情况下负载电流过零处的特性曲线进行分析,用以识别H桥中对角开关故障。与现有方法相比,该方法扩展基于LSPWM下的故障范围为双管故障,诊断逻辑易于理解且不需要添加额外的硬件电路。通过仿真证明了所提故障诊断方法的正确性和有效性。

级联型H桥多电平逆变器FPGA驱动脉冲系统设计

针对级联型H桥多电平逆变器的多模块化结构及在实际工程中存在调制特殊性的问题,此处以现场可编程门阵列(FPGA)为核心,利用FPGA的高速并行特点,实现载波移相调制输出。针对各功率单元与主控板间驱动信号数量庞大、存在电磁干扰等问题,提出一种对各路驱动信号进行频率编解码的光纤通信方法,提高了信号间传递的精度和稳定性,同时使用光纤传输,可有效解决低压与高压隔离的问题。最后搭建了基于数字信号处理器(DSP)和FPGA的级联型H桥多电平逆变器实验平台,实验结果验证了上述设计的正确性和可行性。

改进SPWM脉冲技术的多电平逆变器功率控制仿真

逆变器各功率单元输出频率、输出时长不一致会导致输出功率不均衡,为此提出基于IPD调制的多电平逆变器功率均衡控制方法。分析多电平逆变器拓扑结构和空间矢量模型,将分析结果作为多电平逆变器功率均衡控制的理论基础。考虑功率器件开关频率和容量之间的矛盾引入载波相移正弦脉宽调制(SPWM)脉冲分配技术,再基于脉冲循环分配法改进IPD调制策略,通过改进的IPD型SPWM脉冲分配策略实现多电平逆变器功率均衡控制。实验结果表明,所提方法控制下的线电压THD值和谐波与基波幅值比较低,达到了功率均衡的目标。

开关电容有源箝位型多电平逆变器的多电压区间调制方法及电容电压控制策略

针对一种开关电容有源箝位型(switched-capacitor active-neutral-point-clamped,SC-ANPC)多电平逆变器的冗余开关状态数量不足,造成电容电压平衡困难的问题,提出一种适用于该拓扑结构的多电压区间调制方法及电容电压控制方法,解决了现有调制方法计算复杂及开关频率受限的问题。首先分析了逆变器的工作原理,根据逆变器开关状态,提出了三电平区间开关状态组合模型,并设计了满足开关电容电压静态平衡约束条件的多电压区间载波移相调制方法。由于满足静态平衡条件,开关电容电压体积和纹波得到了减少,并且开关管的载波之间只有简单的移相关系,工程实现简单。在此基础上,扩展到三相系统,建立了电容电压的纹波模型,提出了相应的电容电压控制方法,通过调节占空比实现开关电容电压控制,注入零序电压实现母线电容电压控制。通过仿真和实验验证所提调制方法、控制方法的可行性。

一种光伏发电用高增益多电平逆变器

针对传统的多电平逆变器存在有源器件数量较多、电容电压不平衡、结构复杂以及电压增益低的问题,提出一种降低器件数量且可扩展的多电平逆变器。该逆变器由开关电容单元和两个半桥组成,使用1个直流电源、3个电容、13个开关管,实现4倍电压增益和九电平交流输出电压。该逆变器通过2个半桥代替后端H桥转换输出电压极性,可以有效降低开关管总电压应力。在所提逆变器的扩展结构中,电容逐级充电的工作方式进一步提高了电压增益和输出电平数。首先,详细阐述了所提逆变器的工作模式、调制策略、电容分析、电压应力计算和电路参数设计。然后,与其他类似多电平逆变器进行了比较。最后,通过仿真与实验验证了所提逆变器的可行性和理论分析的正确性。

新型混合级联多电平逆变器拓扑及调制策略

为解决现有非对称级联多电平逆变器存在低压单元电流倒灌和输出电平数少的问题,提出一种基于开关电容电路的混合级联多电平逆变器。首先,在两单元非对称级联H桥型逆变器的低压单元中嵌入一个开关电容电路,有效避免了低压单元电流倒灌,且输出电平数得以增加。然后,为减少所提方案应用于三相系统时所需直流电源的数量,提出了用三电平中点箝位型或T型逆变器电路作为高压单元的三相混合级联多电平逆变器拓扑。之后,针对所提逆变器拓扑的特性,提出了含有移相载波和层叠载波的混合调制策略,在满足逆变器输出高质量正弦脉宽调制电压波形的同时,有效减小了开关电容电压纹波和开关器件的切换频率及开关应力。最后,通过实验验证了所提混合级联多电平逆变器拓扑及调制策略的可行性。

一种不对称级联H桥多电平逆变器通用的线性功率均衡方案

不对称级联H桥多电平逆变器由于级联各个单元的直流侧电源电压不同,出现级联单元之间功率分配不均衡问题,为此提出一种通用的线性功率均衡调制方案。功率均衡调制方案对高压单元导通角进行约束,对低压单元的载波进行纵向循环重构,实现了各个级联单元直流侧电源电压不同的情况下,使得逆变器可以在全调制度下保持各级联单元输出功率均衡的效果。并且在拓扑结构增加级联单元数时,调制策略也展现出优秀的通用性。同时该方案对低压单元进行的载波重构还能够使得各低压单元的开关管损耗保持一致,使各个H桥的开关管具有更为接近的温升,有利于逆变器选择合适的散热器。最后通过仿真与实验证明了方案的有效性。

级联多电平逆变器输出电压和电流采集方案研究与应用

模块化多电平逆变器因具有调制算法成熟、输出电压谐波特性好、电压变化率低以及在模块单元故障下继续维持工作等优点,使其在大功率高压逆变器中得到广泛的应用。首先分析了传统级联多电平高电压和大电流检测方案在实际应用中的缺点和可能给检测装置带来亚健康的隐患,然后提出级联多电平逆变器输出电压和输出电流检测方案,最后在所提方案的基础上详细设计了电压检测和电流检测电路的各项参数,并将该电路原理图应用在H桥单元级联多电平中间包感应加热电源上进行输出电压和电流参数检测试验验证。试验结果表明所提的电压检测和电流检测方案可以满足级联多电平逆变器输出参数检测的各项性能要求。

基于模块化多电平逆变器的风力发电单相并网系统研究

提出了一种可实现多台风力发电机同时联网的模块化多电平逆变器单相并网发电系统,模块化多电平逆变器由串联的两电平逆变器组成,每一个两电平逆变器与风力发电机的电源转换系统相连,无须无源滤波器和变压器,可直接与高压电网相连,在不同的风速条件下,所产生的电能可以通过模块化多电平逆变器流入电网。仿真结果表明,基于模块化多电平逆变器的风力发电系统在平均控制各电容电压的同时,还可以实现以统一的功率因数控制潮流大小。

新型不对称多电平逆变器拓扑及其调制策略

传统多电平逆变器应用在高电压等级场合时,所需要的电源以及开关管的数量较大,拓扑结构也较为复杂。针对以上问题,提出一种新型的不对称多电平逆变器拓扑,该拓扑使用了3个不对称的独立电源。与传统的拓扑对比,输出十五电平电压条件下,该拓扑使用开关管器件数量较少,简化了拓扑结构,同时降低了实际成本。采用一种改进的载波移幅调制策略调制该新型不对称拓扑结构,使其能够正常地输出十五电平电压波形,该方法保留载波移幅调制的方法简单且谐波含量少的优点,同时也减少了载波数量的使用。最后对所提拓扑结构及其调制策略进行了仿真分析和实验验证,结果表明了拓扑结构及调制策略的正确性、可行性和优良的动态性能。

基于粒子群算法的多电平逆变器谐波控制技术分析

阐述以级联型多电平逆变器为例,在对粒子群算法引入惯性权重的基础上,对谐波消除策略进行研究。结果表明,采用阶梯波调制(SHEPWM)消谐策略能够有效对逆变器中的奇数谐波进行消除,并同时能够对级联型多电平逆变器的输出功率均衡性,具有很好的调制效果。

多电平逆变器新型空间矢量调制算法

多电平逆变器空间矢量调制过程繁琐,基于参考电压分解理论,提出了一种适用于任何电平数逆变器的新型空间矢量调制算法。该调制算法将六个扇区内参考电压归一化至第一扇区,然后将参考电压直接分解至两电平,代入两电平空间矢量调制算法计算矢量作用时间,由两电平开关状态作用顺序进行反修正得到第一扇区等效开关状态,再经过反归一化获得六个扇区内开关状态作用顺序。实验结果验证了算法的可行性和有效性,且调制过程简单,易于实现,占用处理器资源少,实时性高。