载波移相SPWM开关频率的选取

载波移相正弦脉冲宽度调制(SPWM)应用于高压大容量链式多电平逆变器场合时,若载波频率太低,各载波初相位对输出电压相位影响较大,可能造成链式逆变器各单相桥输出电压基波初相位存在明显差异,引起电容电压不平衡。推导了载波移相SPWM输出电压的数学表达式,分析了低开关频率下输出电压的谐波特性及其对逆变器运行的影响,提出应选择较高的载波频率。数字仿真和物理实验结果表明,在一相串联桥数大于4时,选择高于300Hz的载波频率,可保证各桥输出电压初相位差异小于0.5°,对电容电压的影响可忽略。

级联型多电平逆变器线电压谐波优化的SVPWM策略

级联型多电平逆变器采用载波移相控制可以自然实现各H桥单元功率均衡,开关管开关次数保持一致,而采用同相层叠控制可得到谐波含量更小的线电压,但各H桥单元功率不均衡,开关次数也不一致。本文提出一种结合同相层叠控制和载波移相控制二者优点且实现简单的空间矢量调制策略。通过对电压矢量进行重新组合划分,可以将多电平空间矢量控制算法简化为多个两电平空间矢量的移相叠加。对载波进行重构,可以实现输出线电压谐波更小,同时各H桥单元功率自然实现均衡,开关管开关次数达到一致。搭建了一台三相4.5kW的级联型五电平逆变器,对所提出的SVPWM策略进行了实验验证,实验结果表明所提出的空间矢量调制策略的有效性。

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。

级联型多电平变流器新型载波相移SPWM研究

将单极性正弦脉宽调制(sine pulse width modulation,SPWM)引入到级联型多电平变流器中,提出一种新型载波相移SPWM策略。该策略较传统的载波相移SPWM可以节省一半的脉宽调制(pulse width modulation,PWM)脉冲发生器,对级联型多电平逆变器的数字化实现有重要的理论和实用价值。给出新型载波相移SPWM的2种调制方式,分别推导频域调制模型,并对其谐波特性进行分析、比较和仿真验证。仿真结果表明,对于单相系统,2种方式基本相当;对于三相系统,方式二的谐波特性更好。分析新型载波相移SPWM技术的热稳定性问题,并给出其解决办法。实验结果验证了理论分析和仿真研究的正确性。

直流电压不均衡的级联H桥多电平变频器载波移相PWM调制策略的设计

对于级联H桥多电平变频器,单元独立直流电源的参数差异及故障等多种因素均会导致各单元的直流电压不均衡。单元直流电压不均衡时,传统载波移相(PSC)PWM调制策略无法消除电压的低频边带谐波,导致变频器输出的电能质量明显降低。对单元载波相位、直流电压与变频器输出电压谐波的关系进行了研究,提出了按照单元直流电压调整单元载波相位的策略。该调制策略能够消除变频器输出电压的低频边带谐波,提高电能质量,增强变频器的容错能力。仿真与样机实验结果验证了所提出的调制策略的效果。

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。

一种级联H桥多电平变频器改进型载波移相PWM调制策略

级联H桥多电平变频器已经广泛应用于光伏发电、电机调速等领域,但由于各单元独立直流电源参数差异,导致各单元直流电压不均衡。在单元直流电压不均衡时,传统载波移相PWM调制策略存在输出电压低频边带谐波无法消除的问题,从而影响输出电能质量。对传统载波移相PWM调制策略下变频器输出电压进行了傅里叶分析,研究了一种可变移相角的改进型载波移相PWM调制策略,根据不同工况实时改变移相角,从而消除输出电压的低频边带谐波,有效提高输出电能质量。最后,通过样机实验验证了改进型调制策略的有效性。

高压变流器同步相移SPWM技术的仿真研究

级联型变流器是目前中高压大容量变流器的研究热点之一,载波相移SPWM技术是级联型变流器普遍采用的方法;该文在载波相移SPWM技术的基础上提出了一种同步相移SPWM技术并进行了仿真分析。同步相移SPWM技术在不降低系统性能的前提下,大大简化了计算,在中高压级联型变流器的实际应用系统中,具有非常明显的优势。

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。

基于控制载波自由度的级联H桥逆变器改进型PWM技术

随着级联H桥(CHB)多电平逆变器输出电压与功率等级的增加,提高载波移相脉宽调制(CPS-PWM)策略下直流侧电压利用率以及改善低调制度时谐波性能比较差的问题具有重要的意义。通过对正弦波脉宽调制(SPWM)以及梯形波脉宽调制(TPWM)原理及输出电压特性的分析,该文提出一种基于控制载波自由度的改进型CPS-PWM策略,该策略基于移相载波自由度,通过周期性的循环改变三角载波的排列方式,利用改进的多载波代替原CPS-SPWM中的三角形载波进行调制,从而可以显著地提高输出电压的直流电压利用率;又能在实现各级联单元功率均衡的条件下,降低输出电压总畸变率,有效地改善低调制度时的谐波性能,且各单元开关频率和损耗相同,同时各开关管工作应力也相同,因此提高了系统的可靠性。该文给出改进型CPS-PWM策略输出电压基波幅值和功率均衡分析,同时列举三种策略并进行比较,并对该文所提策略进行仿真与实验的验证。

基于载波自由度的改进载波移相PWM技术

载波移相(CPS-PWM)应用于级联H桥型(CHB)多电平逆变器时,虽然各级联单元具有功率均衡的特点,但输出电压的直流电压利用率较低,且低调制度时谐波性能比较差。针对这2个问题,提出一种改进的CPS-PWM调制技术,该调制技术基于载波形状自由度,利用改进的载波代替原CPS-PWM中的三角形载波进行调制,通过状态空间平均法计算出在改进后的载波下逆变器输出电压的基波幅值和各个级联单元的输出电压,并和逆变器在CPS-PWM技术下的输出电压对比分析,改进的CPS-PWM技术可以显著地提高输出电压的直流电压利用率,改善低调制度的谐波性能,且和CPS-PWM技术一样,各级联单元输出功率能够实现自然均衡。该调制技术以CHB型五电平逆变器为例,通过实验、仿真验证了该技术的正确性。

基于CPS-SPWM控制的级联多电平变换器研究

本文提出了一类新型基于CPS-SPWM控制、无工频变压器级联型多电平变换器的模型,在matlab/simulink仿真平台上,对该类模型下的单相五电平、三相五电平及三相七电平级联型逆变器进行系统的仿真研究,深入地对输出电压的波形及频谱进行调试分析,并总结出不同条件(调制度、三角载波频率、级联单元数)对该结构的多电平逆变器输出电压波形的影响,验证了所有结论的正确性及这种基于CPS-SPWM控制的新型无工频变压器级联多电平拓扑结构的可行性。

基于级联式多电平变换器的静止无功补偿器拓扑研究

电力系统实时无功补偿对提升电能质量至关重要,传统的无功功率补偿常采用大容量的电抗器、电容器,体积大、重量大、效率低。静止无功补偿器采用全控开关器件构成,具有可控,动态响应速度快,损耗低,效率高的优点。以单相H桥为级联单位串联而成的级联式多电平变换器可通过对各个H桥进行移相控制,输出多电平波形,提高输出电压正弦度,降低谐波含量,减小滤波器的体积,且具有扩展性强,适应性强,实现容易等优点。介绍了级联式多电平变换器的拓扑与工作原理及适用于该变换器的基于三角载波移相技术的PWM调制策略,通过降低开关管的开关频率,提高系统的效率。最后搭建了仿真模型验证了该拓扑与调制策略的有效性。

基于载波相移角度的级联型多电平变频器输出性能的研究

载波相移PWM技术应用于级联型多电平变频器可以在较低的器件开关频率下实现较高开关频率的效果,从而提高其输出性能,但是不同的载波相移角度,输出性能并不完全一样,因此对载波相移PWM技术的相移角度同级联型多电平变频器输出性能进行了研究。该文通过数学推导和理论分析,得出载波移相180°/N和360°/N两种移相方式的输出性能同级联数目的奇偶数有关,当级联数目为奇数时,两者输出性能相差不大,但当级联数目为偶数时,两者的输出电压电平数,等效开关频率及谐波范围均不一样,载波移相180°/N方式比360°/N移相方式优,更适合工程应用。最后通过大量的仿真和实验验证了理论分析及相关结论的正确性。

一种新颖的单电源级联型多电平逆变器

从经济性和功率集成角度提出一种单电源级联型多电平逆变器。该拓扑在保留了传统级联型多电平逆变器中单管耐压低、所需器件少、易于模块化的优点上,其直流侧仅有一个独立电源,其它电源可用电容代替。通过引入充电开关管组,电源可为电容频繁地充电,使电容电压在一定程度上保持恒定。独立电源和电容有效组合使得多电平逆变器稳定运行。详细地介绍单电源级联型七电平逆变器的工作原理及采用的载波移相调制策略;通过数学推导得到电容电压稳定性的影响因素,结果用于电容参数设计;充电损耗也进行了计算;控制系统通过TMS320LF2407A DSP和XC3S400FPGA数字化实现。搭建一台1 kW逆变器样机,验证了提出拓扑的可行性。

级联STATCOM直流侧电压平衡控制方法

针对级联静止同步补偿器直流侧电容电压不平衡的问题,提出一种基于相移载波调制的直流侧电压平衡方法。该方法根据各个直流侧电压变化趋势来进行有选择的交换脉冲,将直流电压高于平均值且变高的模块的驱动信号与直流电压低于平均值且变低的模块的驱动信号交换,以载波相位差造成的直流侧不平衡来补偿开关损耗等造成的不平衡。该方法将直流侧平衡和静止同步补偿系统控制分开,算法简单,省略了直流侧辅助直流电源,使H桥模块更加简单,节省了成本。通过仿真分析和实验结果证实了该方法的正确性、有效性和实用性。

三电平H桥级联逆变器载波移相脉宽调制方式

在三电平H桥级联(3-LHC)多电平主电路中,传统的载波层叠脉宽调制难以实现各级联单元的功率平衡,而基于两电平级联的载波移相脉宽调制又不能直接运用.中点箝位(NPC)三电平桥臂内只能采用载波层叠脉宽调制,而H桥的桥臂间和各H桥之间则既可以采用载波层叠脉宽调制也可以采用载波移相脉宽调制.基于这一原理,提出了2种适合3-LHC多电平的载波移相脉宽调制方式,分别为基于五电平、三电平载波层叠的载波移相脉宽调制.前者仅在级联单元间使用载波移相,而后者在级联单元间和桥臂间均采用载波移相.仿真对比分析结果表明,基于五电平载波层叠的载波移相脉宽调制是该拓扑中较理想的调制方式.实验结果证实该方法具有很好的效果.

T型H桥级联多电平变换器的改进型脉宽调制策略

针对T型H桥级联变换器的拓扑结构及其调制策略进行分析和研究,提出了基于载波移相脉宽调制(CPS-PWM)的改进型调制策略。以单极倍频CPS-PWM所得的虚拟五电平波形作为T型H桥的输出目标,结合T型H桥变换器输出不同电平时的开关模式,遵循"改变最少个数开关管状态来实现输出电平改变"原则,逆向推导T型H桥变换器的PWM信号,并在此基础上给出基于T型H桥单元级联多电平变换器的调制策略。搭建了基于T型H桥级联的单相静止同步补偿器(STATCOM)样机,分析了T型H桥上、下电容均压策略,最后通过仿真和实验结果验证所提调制策略以及电容均压策略的正确性和可行性。

级联多电平光伏并网逆变器研究

介绍了采用级联H桥的光伏并网逆变器拓扑结构。调制方式上选择载波相移正弦脉宽调制技术(CPS-SPWM),该技术可增加输出电压电平数并使其谐波含量更小。采用电压外环、功率内环的双闭环并网控制策略,电压环可独立控制各单元的直流侧电压,使得每个单元都可跟踪各自的最大功率点(MPP);功率环不仅可控制输出电流的功率因数,而且可平衡各单元的功率输出。最后通过仿真和实验验证了理论的正确性。

级联式多电平逆变器三角载波移相控制的研究

级联式多电平逆变器因其具有众多的优点,在高压变频调速领域中得到广泛应用。三角载波移相控制是级联式多电平逆变器常用的控制算法,在介绍级联式多电平逆变器的基础上,详细分析了三角载波移相控制方法的原理,在Matlab/Simulink仿真环境下对级联式多电平逆变器进行了仿真,并给出了TMS320C2812 DSP实现逆变系统的数字化控制方案,利用FPGA与DSP结合的方式实现多路SPWM脉冲对功率单元级联式逆变器进行控制。仿真和实验结果论证了FPGA与主控制器结合实时产生多路脉冲的可行性,验证了基于三角载波水平移相级联式多电平逆变器具有优良的输出特性。