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。

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。

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。

级联多电平逆变器研究

介绍了带独立直流电源的级联多电平逆变器的拓扑结构 ,讲述了优化阶梯波宽度技术的基本原理 ,并对级联七电平逆变器进行了仿真分析和实验研究。

级联多电平逆变器最优SPWM控制策略及其功率均衡方法

基于双傅里叶分析方法研究了应用于多电平逆变器现有的几种SPWM控制策略,比较得出输出线电压谐波最优的控制策略。针对级联多电平逆变器要求各单元均分负载功率,对最优SPWM控制策略进行了改进,改进后的最优SPWM控制策略在不影响输出电压的波形质量的同时保证了功率均衡,仿真分析和实验结果证明了理论分析的正确性。

级联多电平逆变器的频谱分析及滤波器设计

为解决级联多电平技术过大的电压变化率和相对集中的高次谐波的问题,通过计算机仿真技术,深入比较了几种典型拓扑结构的逆变器输出电压谐波的频谱,分析了基于载波组SPWM调制技术的级联多电平逆变器输出电压的谐波特征后,针对该结构电压谐波的特点,提出一种级联多电平逆变器的LC滤波器设计方法并给出了电抗参数和电容参数的具体设计原则和方法。该方法综合考虑了滤波器频率特性和功率因数等要素,通过仿真实验证明,通过该方法选择的滤波器参数满足系统各方面的要求,达到预期的滤波效果,对于不同功率因数的负载,均有很好的滤波效果,并提高了系统的功率因数。

级联多电平逆变器空间矢量调制算法零序电压分布及优化算法

逆变器输出电压中的零序分量在电机中形成共模电压,它通过寄生回路产生的共模电流会损坏电机轴承、造成绕组绝缘的破坏以及产生电磁干扰。本文在将常规dq0坐标旋转45°后的新坐标平面中,研究了空间矢量对应的零序分量的分布规律。结果表明,只要适当地减小调制系数,逆变器输出电压矢量的零序分量幅值就可以小于一定的限制值。基于该规律,提出了一种将级联型多电平逆变器输出零序电压幅值的相对值限制为1/3的空间矢量调制算法。仿真和实验结果表明,该调制方法对零序电压的抑制是有效的,并且计算简单、易于实现。

准Z源级联多电平逆变器单元间功率平衡控制

针对准Z源级联H桥多电平逆变器单元间功率不平衡带来的系统稳定性差、电能质量低等不足,提出了一种单元间输入功率不平衡工况下系统稳定控制策略。建立了准Z源级联逆变单元数学模型以及系统功率模型,阐述了不平衡功率输入时单元间相互作用机理,通过构造虚拟平均功率单元及其调制信号因子,计算出各单元输出功率与虚拟单元平均功率的偏差,调整各自调制信号因子,采用融合Z源逆变单元升压直通占空比的载波移相脉冲宽度调制技术,实现了逆变器单元间有功功率均衡控制和直流母线电压稳定,仿真实验和样机测试结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。

混合级联多电平逆变器的改进混合调制技术

针对于Ⅲ型混合级联型多电平逆变器调制中,逆变器输出的相电压及线电压包含低频次谐波,以及大调制度下出现的超调问题,提出了一种改进的混合调制策略。该策略通过调制波和一对三角载对高压单元进行调制,得到高压单元输出的PWM波,再利用调制波与高压单元输出的PWM波的差值作为低压单元的调制波对低压单元进行调制,得到低压单元输出的PWM波。仿真与实验结果表明该策略能够消除Ⅲ逆变器输出相电压及线电压中的5次和7次低频谐波和超调现象,逆变器输出的相电压和线电压的总谐波失真(total harmonic elimination,THD)分别为14.53%和12.47%,频谱含量主要分布在2mf两侧。

级联多电平逆变器CPS-TPWM策略研究

针对传统的多电平调制策略直流电压利用率低的问题,提出了一种用于级联多电平逆变器(CMI)的载波相移梯形波脉宽调制(CPS-TPWM)策略。在对载波相移技术进行数学分析的基础上,推导了梯形波三角化率σ与CMI输出基波幅值和谐波含量的数学关系。在选取合适的σ值和拥有良好谐波特性的条件下,该调制策略大幅提高了CMI的输出电压基波幅值。在Matlab/Simulink中搭建了三相九电平CMI模型进行仿真验证,仿真结果证明了该方法的正确性和可行性。

基于随机牛顿法(SNM)的级联多电平逆变器特定谐波消除

特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)技术,通过计算最优的开关角度,在保证期望基波电压输出的同时有效消除选定的低次谐波,具有开关频率低、波形质量高等一系列优点。为了提高SHEPWM非线性方程组的求解可靠性和快速性,提出了将粒子群优化算法(PSO)与牛顿迭代法相结合的随机牛顿法(SNM),通过Matlab编程求解SHEPWM非线性方程组验证了SNM求解的可靠性和快速性。最后通过搭建单相7电平级联H桥逆变器和三相D型接线11电平级联H桥逆变器仿真实验系统,验证了SNM求解的开关角度能够实现基波控制目标并有效消除选定的低次谐波。

基于三次谐波注入的级联多电平逆变器

详细分析了调制波变换技术和三次谐波注入多电平逆变器的原理,以及三次谐波注入后逆变器的调制信号与输入直流电压的关系。并且,分析了在级联多电平逆变器开环PWM控制下,一般SPWM与三次谐波注入的不同。提出三次谐波注入法能够在不影响负载电流电压的情况下实现载波调制的优化控制,提高电压利用率。在Matlab/Simulink环境下通过仿真,证实了理论的正确性。

改进PSO算法应用于级联多电平逆变器谐波限制(英文)

为限制级联多电平逆变器输出电压谐波,提出一种改进粒子群优化(PSO)算法.在考虑三倍次谐波的情况下,给出最优化阶梯波法的目标函数.粒子群优化算法的惯性权重按负反正切规律变化,加速常数按反正切规律变化.通过提高算法前期全局探索能力和后期局部开发能力,算法搜索能力增强,而算法计算量几乎未增加.分析该方法的参数范围和粒子轨迹收敛速度,并将该方法应用于十一电平逆变器谐波限制问题,获得较佳的开关角设置方案,表明该方法具有优良的收敛性能。

基于三次谐波注入的级联多电平逆变器

详细分析了调制波变换技术和三次谐波注入多电平逆变器的原理,以及三次谐波注入后逆变器的调制信号与输入直流电压的关系。并且,分析了在级联多电平逆变器开环PWM控制下,一般SPWM与三次谐波注入的不同。提出三次谐波注入法能够在不影响负载电流电压的情况下实现载波调制的优化控制,提高电压利用率。在Matlab/Simulink环境下通过仿真,证实了理论的正确性。

基于三次谐波注入的级联多电平逆变器

本文详细分析了调制波变换技术和三次谐波注入多电平逆变器的原理,以及三次谐波注入后逆变器的调制信与输入直流电压的关系。并且,分析了在级联多电平逆变器开环PWM控制下,一般SPWM与三次谐波注入的不同。提出三次谐波注入法能够在不影响负载电流电压的情况下实现载波调制的优化控制,提高电压利用率。在Matlab/Simulink环境下通过仿真,证实了理论的正确性。

非对称优化脉宽组合调制H-桥级联多电平逆变器的选择性谐波控制(英文)

本文提出了一种改进型非对称优化脉宽调制方法,其目的是减少求解相对于常规非对称优化控制方法的方程模型计算量。提出的优化脉冲波形由一种非对称优化波形和众所周知的选择性谐波消除法SHE的优化脉冲波形组合而成,建立了超越方程的数学模型,运用SHE方法的完全解作为经验初值,采用牛顿迭代法获得了关于开关角方程组的求解结果,特别的是,举例给出了该方法对特定5次谐波调幅调相的控制范围,并给出了对五次谐波进行调幅调相控制的三维开关角的解轨迹图。最后采用仿真试验,运用FFT分析方法验证了该方法控制级联H-桥多电平逆变器线电压输出的选择性谐波控制的有效性。

二极管钳位型级联多电平逆变器新型SPWM研究

针对目前级联型多电平逆变器正弦脉冲宽度调制(sinusoidal pulse width modulation,SPWM)数字化实现问题,分析常规载波调制SPWM算法的工作原理,提出了一种基于脉冲编码与轮换的多电平SPWM调制策略。通过对正弦调制波的提取变换,进行单载波"量化"调制,并采用脉冲编码与轮换控制技术,对"量化"后的信号进行脉冲编码和脉冲轮换,均衡各逆变单元的输出电压与输出功率,以及单元内部电容电压。仿真结果表明,与同相层叠载波SPWM调制策略相比,该调制具有更好的控制效果和更小的计算量;另外,控制算法的消耗资源对比分析表明,所提的控制算法较常规的SPWM算法更节省硬件资源。

级联多电平逆变器在有源电力滤波器中的应用研究

为提高功率变换装置的电压和功率等级,多电平技术是一个重要的解决途径。将H桥级联型变流器应用于并联有源电力滤波器,分析给出了相应的数学模型,并基于瞬时无功功率理论在谐波和无功电流的提取方面进行了改进,其PWM控制方法仍采用传统的三角波调制,并通过仿真得到了验证。

基于级联多电平逆变器的大功率异步电动机控制系统设计

针对大功率异步电动机的非线性、强耦合和多变量等特性,采用级联多电平逆变器结合自抗扰控制技术设计了一种大功率异步电动机直接转矩控制系统。利用载波移相脉宽调制方法获取级联多电平逆变器开关控制信号,以减少定子磁链和转矩的幅值脉动;通过速度控制器对负载扰动进行估计和补偿,以消除负载扰动引起的跟踪误差;基于自抗扰控制原理设计了速度控制器、转矩和磁链控制器;基于自适应控制原理设计了一种磁链观测器,用于定子磁链和转矩估计;最后,采用Matlab进行了仿真实验。仿真结果表明:基于级联多电平逆变器的大功率异步电动机直接转矩控制系统可以有效地消除负载、转速等参数突变对系统控制性能的影响,系统响应速度快、跟踪性能好以及具有较好的鲁棒性能。

基于遗传学习人工蜂群算法的级联多电平逆变器SHEPWM研究

针对多电平逆变器的特定谐波消除脉冲宽度调制(SHEPWM)问题,引入遗传学习(GL)算法对人工蜂群算法(ABC)进行改进,避免传统人工蜂群算法易陷入局部最优、运算迭代速度慢和优化精度较差等问题,达到了优化开关角的目的。仿真结果表明,改进ABC-GL算法的开关角度值正确有效,消除了特定的谐波分量,提高了计算速度和精度。