A Pulse Width Modulation Scheme With Zero-sequence Voltage Injection for Single Phase Three-level NPC Rectifiers

直流侧中点电位电压偏移是多电平中性点钳位型变流器的主要缺点。以单相三电平NPC整流器为研究对象，以实现直流侧中点电位无漂移为控制目标，以传统的单相三电平单极性载波脉宽调制方法为基础，首先提出一种基于零序电压分量注入的载波脉宽调制算法；然后在此基础上给出基于零序电压分量极限值注入的载波脉宽调制算法；并给出这2种方法的零序电压分量的设计方案；最后，对这2种方法进行了详细的理论分析、计算机仿真和1kW样机实验对比验证。研究结果表明：所提出的2种算法都能有效实现直流侧中点电位平衡控制，其中基于零序电压分量极限值注入的载波调制算法的中点电位控制具有更快动态响应速度，且其网侧电流的高次谐波主要分布在开关频率附近；而基于零序电压分量注入的载波调制算法的网侧电流高次谐波主要分布在2倍开关频率附近。但是在一个调制信号周期内，基于零序电压分量极限值注入的载波调制算法的开关切换次数比基于零序电压分量注入的载波调制算法低25％左右。

基于PREF的扫描磁铁电源设计与实现

PREF装置是中国科学院新疆理化技术研究所与近代物理研究所联合设计建造的10~60 MeV质子同步加速器,属于国内唯一的位移损伤效应模拟试验专用装置。针对该装置的扫描磁铁电源输出电流频率200 Hz、跟踪误差小于≤±5×10^(-3)的技术要求,采用三组H桥串联拓扑方案,通过移相控制,基于脉宽调制实现技术要求。经仿真与测试结果表明:电源能够输出峰-峰值为±420 A,幅值与频率均连续可调的高精度三角波电流,满足工程应用要求。

CPS-SPWM在级联型有源电力滤波器中的应用

提出了基于载波相移-正弦脉宽调制(CPS-SPWM)技术的级联H桥型多电平变流器,它是CPS-SPWM技术与级联H桥型变流器拓扑结构的结合,同时具备二者的优点,在大功率变流器领域具有很好的应用前景。文中给出了载波相移技术在级联H桥型变流器上的具体实现方法,并将其应用在并联型有源电力滤波器(APF)中,对直流侧总电压闭环电压控制的原理进行了验证。仿真和实验结果表明,该并联型APF系统在低开关频率情况下能够准确有效地补偿谐波和无功电流,性能良好。

大容量链式多电平变换器的优化CPS-PWM方法

链式多电平变换器的载波移相PWM方法(CPS-PWM)控制性能和输出性能良好,但在高压大容量场合,直流电压利用率低,器件开关频率高,开关损耗大。结合不连续脉宽调制(DPWM)策略自由度控制思想和CPS-PWM方法原理,提出大容量链式多电平变换器的优化CPS-PWM方法;阐述了优化CPS-PWM方法的原理,分析了功率因数角、开关频率、载波相位与开关损耗的关系,分别推导出同相方式和异相方式的频域输出电压公式。同相方式时直流电压利用率可提高1.154倍,异相方式时可消除输出共模电压分量,两种方式的开关频率均降低1/3倍,控制性能和波形质量保持不变。链式多电平逆变器和链式STATCOM的实验结果表明了优化CPS-PWM方法的正确性和可行性。

基于电路分解模型的三有源桥电流有效值优化控制策略

三有源桥DC-DC变换器(TAB)作为可再生能源、电动汽车和储能等灵活接入直流电网的有效解决方案,在直流电网中应用前景十分广阔。该文针对TAB在单移相控制(SPS)下电感电流有效值较大,而移相加脉宽控制(PS-PWM)下数学模型复杂难以求解的问题,提出一种基于电路分解模型的TAB电感电流有效值优化控制策略。首先分析TAB在PS-PWM下的工作原理,建立PS-PWM下的电路分解模型,得出不同工作模式下各端口功率和电感电流有效值的统一表达式,然后,构建TAB各端口的电感电流有效值二次方和的优化数学模型,并采用遗传算法求解最优移相角。仿真和实验结果表明,所提分析方法和控制策略能够降低模型的复杂度及计算难度,有效减小各端口的电感电流有效值二次方和,并提高系统效率。

基于DSP-FPGA的模块化多电平换流器PWM脉冲方案对比

由于MMC主控系统通信任务繁重、算法复杂,并且考虑到扩展性,通常采用一种基于数字信号处理器(DSP)和现场可编程门阵列(FPGA)的主控系统架构.为了研究DSP与FPGA产生的PWM脉冲对控制效果的影响,分析了MMC的基本结构和数学模型,在分析CPS-SPWM在MMC中应用特点的基础上,设计了两种PWM控制脉冲产生方案,并进行了仿真验证和实验对比.仿真结果表明:两种方案产生PWM控制脉冲的一致性;实验结果表明:两种方案在硬件中产生的实际PWM脉冲分配规律相同,但脉宽存在差异,从而导致控制效果不同.实验结论为工程设计提供了参考依据.

单相电流型多电平逆变器的CPS-SPWM技术

载波相移开关脉宽调制(CPS-SPWM)技术是一种优秀的开关调制策略,能够在较低的开关频率下实现等效高频载波的效果。通过分析一种单相电流型多电平逆变器的工作原理,提出了该类拓扑的载波相移SPWM技术。仿真和实验结果证明,采用载波相移SPWM进行调制,逆变器的输出电流中低次谐波基本消除,剩余谐波成分主要是载波频率的2nk(k为正整数)倍及其边带谐波。

一种高调制比单电阻采样三相电流重构策略

为了减小空间电压矢量合成区域内的电流不可观测区域,提升输出电压调制比,提出一种高调制比单电阻采样三相电流重构策略.该策略根据开关状态和实际硬件采样延时的不同将开关状态相移过程分为3个阶段,分别进行不同开关状态相移处理,在不改变原有电路拓扑的情况下提升了输出电压调制比.该策略在一个脉宽调制(Pulse Width Modulation,PWM)周期的前半周期内完成电流采样,后半周期实现电流重构,而且能充分利用零矢量的导通时间,减小电流不可观测区域,实现三相电流的完整重构.仿真和实验验证了该策略的可行性和有效性.

DD线圈无线电能传输系统最大效率控制

DD(双D)型耦合机构的无线电能传输(WPT)系统抗偏移能力强,能降低自动引导小车(AGV)泊车控制精度要求。但双发射(Tx)结构增加了系统复杂性。对此,提出了一种DD型耦合机构的最大传输效率控制方法。首先建立了串联-串联(SS)补偿结构的WPT互感模型,利用中心对齐移相脉宽调制(PSPWM)实现多Tx协调控制;接着,针对互感参数识别问题,提出了一种基于磁场抵消的互感比值识别方法,该方法不涉及复杂计算,也不需要引入接收端(Rx)反馈。实验表明所提方法在AGV泊车不同程度偏移的情况下,均能准确识别互感比值,能量传输效率较无控制情况下明显提高。

级联H桥APF的CPS-TPWM调制策略及应用初探

电气化铁路牵引负荷的非线性、不对称和波动性所引起的谐波、三相不对称等,会显著影响牵引供电系统的供电质量,并联电容器组无源补偿或带有复杂降压变压器混合补偿的工程措施,其动态补偿性能较差,且系统构造复杂.基于此,提出将级联H桥多电平单相有源电力滤波器(APF)直接接入牵引供电网,并引入载波相移梯形波脉宽调制(CPS-TPWM)策略,实现系统的补偿控制.通过Matlab/Simulink环境下搭建的27个单元的单相级联H桥APF主电路和控制系统模型,仿真验证了补偿控制方案的可行性和有效性.

ZVS-PWM开关电源补偿网络最优设计

介绍了一种全桥移相式开关电源补偿网络的最优设计方法。在Buck型PWM变换器小信号等效电路模型的基础上得到全桥移相式ZVS-PWM变换器小信号等效电路模型,进而导出其主电路的传函模型。以阶跃扰动下电压误差加权平方积分为目标函数,采用连续优化算法ALAPT和离散优化算法MDOD相结合的技术为补偿网络参数寻优。仿真结果验证了该方法的正确性和有效性。

基于TMS320F28335的改进型CPS-SPWM实现方法

这里对级联H桥型变换器的载波相移正弦脉宽调制(CPS-SPWM)技术进行了分析和改进,使所需的载波个数减少为原来的一半,节约了硬件资源开销,简化了实现方法,提高了系统效率。给出了在TMS320F28335上的具体实现方案,并分别对5电平和9电平级联H桥型变换器进行了实验验证。实验结果表明,基于TMS320F28335可方便地实现所提出的改进型CPS-SPWM技术,使得变换器工作良好,输出波形质量较高,并且简化了控制系统的设计方案,提高了系统可靠性,具有较好的应用前景。

5L-ANPC逆变器中器件过电压分析及抑制

针对光伏发电系统中的五电平中点有源箝位型逆变器进行研究,分析并抑制了三类引起低压器件过电压的问题。首先,通过引入吸收电容,抑制换流回路过长引起的高关断应力;其次,优化动作时序抑制前级高压器件切换引起的低压器件过电压;然后,设计特殊的关机模式抑制传统驱动全封锁关机造成的过电压问题。最后,在60 kW的实验样机上验证了电压应力抑制方法的有效性。

不对称规则采样CPS-PWM的基波近似模型及其频率特性

中压多电平换流器常采用模块化结构,可应用于交/直流配电网。配电网电压较低,换流器子模块数较少,因此常采用载波移相脉宽调制(CPS-PWM)提升等效开关频率。建立CPS-PWM模型是换流器系统级建模的基础之一。调制环节非线性,因此常分析其基波。现有CPS-PWM基波近似模型以桥臂等效开关频率为准,在不对称规则采样下模型延时偏低、误差较大。以子模块为基础,通过子模块输出叠加建立了零阶保持器(ZOH)经纯延时近似、不近似以及纯延时环节经Padé近似的3种形式CPS-PWM基波近似模型,更准确地反映了CPS-PWM的频率特性。仿真研究验证了理论分析的正确性。

级联H桥多电平变流器的CPS-SPWM实现方法研究

对级联H桥多电平变流器的CPS-SPWM技术调制原理进行分析,提出了基于TMS320F28377D处理器的CPSSPWM具体实现方案,并使用5电平级联H桥多电平变流器进行了实验验证。实验结果表明,TMS320F28377D处理器能够方便地实现CPS-SPWM技术,变流器输出的阶梯电压波形质量较高。该设计方案减少了硬件开发成本,具有较好的应用前景。

载波移相调制下模块化多电平变换器的两类共模电压机理分析

在载波移相脉宽调制下,适用于中压应用的模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)存在两类共模电压(common-mode voltage,CMV)问题,即系统共模电压(system CMV,SCMV)与桥臂共模电压(arms CMV,ACMV)。目前还未有学者对两类CMV的产生机理和基本成分进行详尽的分析,文中以开关函数和子模块电容电压波动为出发点,进而得出两类CMV的基本成分和产生来源,然后对SCMV影响下的轴电压和轴电流及ACMV影响下的桥臂环流进行分析;利用得到的两类CMV的表达式对CMV抑制策略下两类CMV的相互关系进行分析,并对两类CMV的机理分析进行仿真和实验验证,为研究两类CMV对MMC系统产生的影响及其抑制策略提供理论依据。

一种改进的CHB多电平变换器PWM调制策略

级联H桥CHB(cascaded H-bridge)多电平变换器是中压大功率电机驱动系统最广泛采用的拓扑,传统LS-PWM和PS-PWM不能很好地兼顾输入、输出电流的谐波性能,对比了CHB多电平变换器在这两种调制策略下的输入和输出THD,分析了两种方法下输入、输出波形产生区别的本质原因,进而探讨了一种局部载波移相PWM调制方法。该方法吸收了两种调制方法的优点,发挥PS-PWM调制时模块功率均衡和网侧输入电流谐波低的特点以及LS-PWM输出电能质量好的特点。最后,搭建了三相七电平CHB变换器实验平台,对局部载波移相PWM调制策略进行了验证。

非对称级联多电平功率放大器的虚拟载波移相PWM调制策略

由N个相同H桥功率模块(H-bridge power module,HBPM)组成的传统级联H桥功率放大器(cascaded H-bridge power amplifier,CHB-PA)最多可输出2N+1的电平数,输出电平数直接影响功率放大器的正弦特性和保真性能。在级联HBPM数量相同的情况下,首先提出了一种非对称级联多电平功率放大器(asymmetrical cascaded multilevel power amplifier,ACM-PA);其次,为了与传统CHB-PA有相同HBPM数目的ACM-PA,提出一种虚拟载波移相脉宽调制(virtual carrier phase shift pulse width modulation,VCPS-PWM)策略,将输出电平数提高到6N-3;最后,通过仿真对比验证了所提出的ACM-PA和VCPS-PWM可以显著提高输出电平数,降低负载电流的总谐波失真,提高功率放大器的保真性能。

在不平衡负载下三相四桥臂逆变器的控制策略

为了简化三相四桥臂逆变器在不平衡负载下的空间矢量脉宽调制(SVPWM),文章设计了一种基于SVPWM的单载波调制方法:将前三桥臂与第N桥臂分开调制。若前三桥臂采用SVPWM则需要进行三角函数计算和扇区判断,调制难度较大;而单载波调制策略是利用开关管的作用规律推导出对应的调制波,再将调制波与载波进行比较,得到对应的开关信号,此过程避免了大量的三角函数计算,大大降低调制难度。同时,文章分析和推导不平衡负载下的中性点电压,并将中性点电压控制为相应的零序电压,从而可以对第N桥臂进行独立控制,最终实现在平衡负载和不平衡负载下都输出三相对称正弦电压。最后通过仿真验证了该调制技术是可行的。

采用三相四桥臂抑制逆变器共模干扰的SPWM控制策略

为了减少三相三桥臂逆变器因电路不对称而产生的共模电压和电流,提出了一种基于三相四桥臂结构的正弦波脉宽调制(SPWM)控制策略。该策略是在SPWM载波移相控制技术基础上,采用跳变后移控制方法,确保任何情况下逆变器四个桥臂的输出都能达到平衡,从而抑制共模干扰的产生。与原来的三相四桥臂SPWM载波移相控制策略相比,该策略突破了SPWM调制指数必须小于0.666的限制,避免了直流电压利用率低下的缺陷,适用于在任意调制指数情况下的工作。仿真和实验证明了该方法的有效性。