基于矩形区域分类的NPC型H桥级联五电平逆变器简化模型预测电压控制

为进一步提高中点电压钳制(neutral point clamped,NPC)H桥级联五电平逆变器的动态响应、降低控制器计算负担的同时确保装置低损耗运行,文中在电压矢量矩形区域分类的基础上,提出一种以满足动态响应和降低开关损耗为目标的两级优化模型预测电压控制策略。首先根据逆变器数学模型和期望电流进行目标电压矢量计算、修正,接着基于矩形区域分类对目标电压矢量进行定位;并以定位后的候选矢量为基础,设计了两级优化目标函数以输出满足要求的最优矢量。仿真和实验结果验证了该方法的有效性,与空间矢量脉宽调制以及传统模型预测电流、电压控制策略相比,该文所研究的两级优化模型预测电压控制策略,在确保逆变器动态响应的前提下既能降低控制器计算负担,还能有效减少器件开关损耗。

基于新型SVPWM的NPC/H桥五电平逆变器共模电压抑制策略研究

为解决逆变器中共模电压随其电平数增加而幅值增大的问题,以中点箝位H桥五电平逆变器为例,分析共模电压的产生机理,并提出一种基于参考电压矢量分解的新型五电平空间矢量脉冲宽度调制(SVPWM)算法。该算法直接将五电平分解为两电平,避免了先将五电平转化为三电平,再将三电平转化为两电平的繁琐过程且可适用于更高电平。基于该算法设计了一种通过合理选择空间矢量来抑制共模电压的五段式调制方法。理论分析、仿真与实验结果表明,该方法可以将共模电压最大值抑制到单相直流电压源电压值的1/3,比传统SVPWM算法下降了60%;同时,逆变器的开关损耗也得到了减小。

五电平NPC/H桥逆变器的调制策略

在分析了五电平NPC/H桥逆变器拓扑结构和工作原理的基础上,设计了载波层叠脉冲宽度调制(pulse w idth modulation,PWM)和三段式空间矢量脉冲宽度调制(space vector pulse w idth modulation,SVPWM)的策略,并介绍了这2种调制策略的原理。通过Simulink软件搭建仿真模型,对比了不同调制度和不同载波频率下逆变器的输出特性,得出结论:输出电压波形的电平数与调制度有关;提高载波频率可使主要高次谐波频率增大,减小谐波含量。以DSP+FPGA工控开发板为控制器搭建实验平台,实验结果表明调整策略有效。

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。

中点钳位H桥五电平逆变器空间矢量脉宽调制方法研究

介绍了二极管中点钳位(NPC)H桥五电平逆变器的拓扑结构及其工作原理,提出了一种新的适用于五电平逆变器的电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法.该算法利用12条规则来判断参考电压所在位置,为避免逆变器在扇区切换中输出矢量突变,采用了使两相邻小三角形区域输出矢量变化方向相反的方法.结果表明,本文提出的SVPWM算法是正确且有效的,与传统的SPWM方法相比,逆变器输出线电压的谐波含量明显减少,其基波电压的幅值也得到了明显的提高.

级联五开关H桥多电平逆变器功率均衡控制方法

为了提高逆变器的电压和功率等级,提出了一种级联五开关H桥多电平逆变器拓扑结构的功率均衡控制方法。该方法采用了同相交错层叠锯齿载波移相调制,综合了同相层叠锯齿载波调制良好的消谐特性以及载波移相调制各个单元功率分配均衡的优点,使级联五开关H桥多电平逆变器拓扑结构中各个功率单元不仅可以输出五电平,保持良好的消谐特性,而且可以在一个输出周期内实现功率均衡。以3个功率单元为例,进行了仿真实验。实验结果验证了该拓扑结构及其控制方法的可行性与优越性。

五相三电平H桥逆变器的空间矢量控制算法研究

提出了一种简化的五相三电平H桥逆变器空间矢量PWM算法.该方法采用相移SPWM思想,将五相三电平H桥逆变器作为两个由单桥臂组成的五相分别予以控制.分析选择合理的工作电压矢量及开关作用顺序,计算开关周期内的各工作电压矢量的作用时间,仿真和实验结果均验证了文中提出的空间矢量PWM算法可以减小输出电压谐波.

基于电容箝位五电平H桥的逆变器应用

为研究基于电容箝位五电平H桥逆变器的应用,以电容箝位5电平H桥构成三相逆变器,结合电容箝位3电平和常规H桥电路的优点,并采用消谐波PWM和载波相移PWM相结合的调制策略,对所采用的逆变器拓扑及其控制策略的有效性进行了仿真和实验验证。结果表明:所采用的逆变器拓扑可以方便地得到5电平输出,提高了输出电压和功率等级;所采用的控制策略能够有效提高等效载波频率,降低滤波器的体积和容量;两种调制方法的结合可发挥各自的优势,使控制灵活、实现简单。

NPC/H桥逆变器调制策略及其中点电位控制

以中点钳位型H(neutral point clamped H,NPC/H)桥逆变器为对象,研究该拓扑调制策略中存在的算法繁琐、直流侧电容电压波动问题。在分析了NPC/H桥五电平逆变器主电路工作原理的基础上,为简化空间矢量脉宽调制(spacevector pulsewidthmodulation,SVPWM)算法和抑制低开关频率下逆变器输出畸变,设计了一种基于g-h坐标系的三段式SVPWM算法。该算法开关状态选择灵活,具有开关损耗低、谐波性能好的特点。基于SVPWM算法,分析直流侧电容电压波动原因,根据电流方向和电容电压差,合理选择左、右桥臂的开关状态,平衡电容中点电位。搭建Simulink仿真模型,对比不同开关频率和不同调制度下逆变器输出性能,验证了三段式开关序列在低开关频率工况下的明显优势。基于以数字信号处理器和现场可编程门阵列(digital singnal processor and field-programmable gate array,DSP&FPGA)为控制器的NPC/H桥五电平逆变器实验平台,验证了三段式SVPWM策略和中点电位控制方法的有效性。

五相五电平H桥型逆变器的空间矢量控制策略

针对船舶电力驱动过程中,多相多电平H桥型逆变器空间矢量数量众多,不宜采用传统空间矢量脉宽控制的问题,提出了一种简化的五相五电平二极管中点箝位H桥型逆变器的空间矢量脉冲宽度调制算法。该方法采用相移控制的思想,将五相五电平H桥型逆变器作为2个由单桥臂组成的五相分别予以控制,并通过合适的工作电压矢量及开关作用顺序,在一个开关周期内分配各基本电压矢量的作用时间。针对中点电位平衡,提出利用冗余小矢量,结合中点电流方向的控制算法予以调节,并对其进行了仿真验证,结果表明该算法具有很好的工程应用价值。

一种新型H桥式五电平逆变器电压平衡控制

本文提出了一种新型H桥式五电平逆变器,对其工作原理进行了研究和仿真。研究了五电平逆变器存在的直流侧电容电压不平衡问题,并提出了该型逆变器直流侧电容电压平衡控制策略。

混合型H桥模块的NPC三电平逆变器损耗分析

逆变器开关器件损耗问题一直制约其性能的提高。新型拓扑结构将围绕降低损耗、提高效率而展开。研究了基于混合型H桥模块的NPC三电平逆变器的损耗与效率。首先,在分析混合型H桥模块的NPC三电平逆变器导通和换流模式的基础上,利用器件损耗特性参数建立通态损耗模型和开关损耗模型。然后,建立仿真模型,与传统拓扑结构进行了效率对比分析,对部分结果进行了实验验证。实验与仿真结果验证了实用性。

适用于中点钳位H桥五电平逆变器的快速SVPWM算法

针对传统多电平空间矢量脉宽调制技术(SVPWM)计算量大的问题,提出一种适用于中点钳位(NPC)H桥五电平逆变器的快速SVPWM算法。首先分析了传统五电平SVPWM算法复杂度高的本质原因。在分析五电平空间矢量图的基础上,提出了一种新型扇区分割方案,将五电平空间矢量图等效为4个两电平空间矢量图的组合。相较于传统五电平SVPWM算法,新算法应用两电平SVPWM的方法完成运算,从而大幅降低了在参考矢量位置判断和基本矢量作用时间计算部分的计算量。最后搭建了三相NPC/H桥型五电平逆变器原理样机,实验结果表明,新算法的程序运行时间仅为传统算法的55.27%,且输出电压效果保持了与传统算法相同的优越性。

基于SVPWM五相三电平H桥逆变器中点电位控制研究

针对多相三电平H桥逆变器的电压矢量数量多,难以应用传统的空间矢量PWM算法的问题,提出了一种简化的五相三电平H桥逆变器空间矢量PWM算法。该方法采用相移SPWM思想,将五相三电平H桥逆变器作为两个由单桥臂组成的五相分别予以控制。分析选择合理的工作电压矢量及开关作用顺序,计算了开关周期内的各工作电压矢量的作用时间;不同开关状态下,针对中点电位分析的基础上,提出利用冗余矢量对中点电位进行控制,实现了电容电压的平衡。

混合9电平逆变器的H桥电容电压平衡控制

混合9电平逆变器是一种新型的多电平拓扑结构。文章在研究了H桥逆变电路直流电容电压充放电模型的基础上,得到了负载电流与电容电压变化之间的定量计算公式,进而详细分析了混合9电平逆变器H桥辅助逆变电路电容电压不平衡的内在机理,最后提出了一种基于电容电压不平衡预估计和零序电压注入的平衡控制方法。所提方法原理简单,实现容易,无需增加额外的硬件设备。通过仿真验证了在混合9电平逆变器的参考电压中注入零序电压后,混合9电平逆变器的H桥逆变电路电容电压得到平衡控制。

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。

五电平双降压式半桥逆变器

以双Buck电路为基本单元构建多电平逆变器,提出新颖的五电平双降压式半桥逆变器。该拓扑结构不同于传统飞跨电容型、二极管箝位型或级联型多电平逆变器,它保留了双Buck逆变器无桥臂直通、无体二极管反向恢复问题的优点和电流半周期工作模式。与传统桥式多电平逆变器相比,钳位电路得到简化,电路复杂度降低,无桥臂直通隐患,系统稳定性提高。理论分析、仿真和实验结果均表明该逆变器性能优异,同时实现了高效率和小的滤波器体积重量。

级联H桥型多电平逆变器的CPS-SPWM调制策略研究

针对级联H桥型多电平逆变器的载波相移正弦脉宽调制(CPS-SPWM)技术展开研究。介绍了双极性CPS-SPWM和单极倍频CPS-SPWM的调制原理;进行了数学分析;利用MATLAB进行了建模仿真,采用频谱分析法进行了对比分析。结果验证了所做数学分析的正确性,单极倍频CPS-SPWM调制策略比双极性CPS-SPWM调制策略更优越。

3H桥级联型多电平逆变器的改进SVPWM方法的研究

钳位型多电平逆变器和2H桥级联型多电平逆变器电路结构和控制复杂,3H桥级联型多电平逆变器可克服该缺点;五电平逆变器的SVPWM控制方法已经实现,若将其应用于输出更多电平数的逆变器,则计算量非常大,控制困难,而在该控制方法的基础上,通过在电压空间矢量之间采用合适的相移角度,则可方便地实现3H桥级联型多电平逆变器的SVPWM控制。文章以3H桥级联型九电平逆变器为例,采用Matlab仿真验证了该控制方法的可行性和正确性。

NPC五电平Z源逆变器的设计研究

传统NPC五电平逆变器不具有单级升压的功能,直流电压利用率低,不允许上下桥臂直通,需引入死区时间,造成逆变系统安全性下降。Z源逆变器(ZSI)利用特殊的X型LC网络实现单级升压功能,同时允许桥臂直通,提高逆变器的可靠性。为此提出一种双Z源NPC五电平逆变器拓扑,分析其直通工作状态,并说明了此拓扑结构的合理性。基于传统NPC五电平逆变器的同相载波层叠PWM调制原理,设计了一种适用于五电平ZSI的同相载波层叠PWM调制法。仿真分析验证了此调制方法的合理性及NPC五电平Z源逆变器在提高直流电压利用率方面的优势。