基于SVPWM补偿优化的三电平NPC并网逆变器容错控制

为保证并网系统中三电平中点箝位(neutral point clamped,NPC)型并网逆变器单相桥臂短路或断路故障后持续运行,提出一种基于空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)的优化补偿型低共模电压容错控制策略。首先,通过分析故障后八开关三相逆变器(eight switch three phase inverters,ESTPI)拓扑开关状态对应的共模电压大小,确定参考电压矢量合成规则;然后,通过一个基波周期内中点电流情况分析中点电位波动机理,进而对空间矢量合成进行调节补偿;最后,设计低通滤波器和滞环控制器进一步对补偿进行优化调整,保证并网电流质量的同时有效抑制了直流母线中点电位偏移。仿真结果表明,该容错控制策略能够实现三电平NPC并网逆变器单相桥臂故障后并网系统的稳定可靠运行,每个基波周期有三分之一时间的共模电压得到改善,优化补偿后的并网电流质量显著提高,且在并网电流突变时具备良好的控制特性。

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。

一种抑制NPC逆变器共模电压的新方法

提出一种用集成共模电抗器抑制逆变器产生的共模电压的方法,介绍了电路的拓扑、NPC逆变器和共模电抗器的结构和工作原理。仿真结果表明这种电路抑制共模电压的效果好,可以消除95%以上的共模电压,同时差模电压的变化率dv/dt也变得很小。

消除偶次谐波的三电平NPC逆变器调制方法

针对传统空间矢量脉宽调制(SVPWM)方法的矢量选取方案使得二极管箝位型(NPC)三电平逆变器输出电压产生偶次谐波的缺陷,提出了一种能消除偶次谐波的改进型矢量选取方案。该方案在分析传统SVPWM产生偶次谐波机理的基础上,通过改进SVPWM中各矢量的作用顺序,使得逆变器输出电压半波奇对称,从而达到消除偶次谐波、抑制中点电压漂移的目的。同时,为避免进行复杂的三角运算,采用了基于60°坐标系的SVPWM方法以利于实时控制。仿真证明了上述方案的有效性。

NPC三电平逆变器IGBT损耗计算

为计算NPC三电平逆变器IGBT模块损耗,提出了一种精确计算方法。首先,结合NPC三电平工作时序,对NPC三电平电路在一个输出周期内进行详细分析,得到正负半周内IGBT模块的工作状态与电流流通路径,给出损耗发生的具体对象与类型,并建立IGBT工作电流函数;其次,基于对IGBT模块损耗相关耦合参数的分析,建立损耗与各个参数的函数关系;最后,结合IGBT模块的热力学模型,通过样机实测温度,得出最终结果。结果表明,所建立的IGBT模块损耗强相关参数函数准确;NPC三电平逆变电路工作时序与IGBT模块损耗分析合理,由此计算的结果可精确反应IGBT实际损耗。

一种新型NPC非隔离光伏并网逆变器

三电平MPC非隔离并网逆变器具有开关损耗小、共模特性好、输出失真小等优点。提出了一种高可靠性的三电平半桥MPC逆变器,该拓扑只需要4个开关管和两个二极管就具有恒定的共模电压。更重要的是,与传统的半桥NPC逆变器相比,本文提出的拓扑结构可以在不增加死区时间的情况下避免桥臂直通问题。此外,与大多数NPC半桥逆变器和双Buck型半桥NPC逆变器相比,该拓扑具有更低的导通损耗。分析了该拓扑结构的共模模型和工作原理,证明了其优越性。最后,搭建仿真模型和实验平台验证了理论结果。

降阶原理在光伏NPC型逆变微网中的应用研究

二极管钳位型(NPC)多电平逆变器能将直流电源高效转化成谐波良好的交流电能,并输入电网设备中。但是,采用传统空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法存在扇区判断复杂,系统响应慢等问题,尤其是在高电平数的逆变器中。基于降阶原理的NPC多电平逆变器能将高电平逆变策略降阶成低电平逆变器的简单调制,避开SVPWM策略在高电平逆变器中计算复杂、不利于软件实现等缺陷。Matlab仿真平台在三相离网/并网光伏发电系统上搭建NPC三电平逆变器,对此策略进行实验验证。

萤火虫算法在三电平NPC逆变器中的应用

针对特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)策略工作过程中准确求解开关角度难度较大的问题,利用萤火虫算法(FA)对SHEPWM策略的非线性方程组进行求解。同时,针对传统FA收敛速度慢、易陷入局部最优解的问题,通过加入惯性权重和高斯扰动策略,分别对FA中的个体位置更新和最优个体更新操作进行改进。利用MATLAB进行仿真。仿真结果表明,改进的FA能够更有效地降低输出电压的谐波畸变率,且具有更快的收敛速度以及更好的收敛精度。通过输出电压波形及其频谱分析,进一步验证了改进的FA的有效性。此外,改进的FA也可用于解决其他应用领域中的寻优求解问题。

基于空间矢量PWM的多电平NPC功率变流器电压平衡控制

传统NPC拓扑受到直流中性点上电压不平衡的影响,不仅导致系统不稳定,还会影响电容器和半导体器件的额定值,增加总功率损耗。基于此,提出了一种适用于单相三线配电系统的新型变流器拓扑结构及其控制策略。所提变流器为中性点箝位(NPC)的H桥。为了解决基于NPC的变换器直流端口电容电压平衡问题,还提出了一种基于空间矢量PWM的直流端口电压平衡方法来平衡中性点电压,该方法充分考虑了输出电压的谐波影响和开关损耗,还定义了所应用的矢量序列。最后,通过与传统变流器进行仿真比较,以验证变流器在平衡和不平衡负载情况下的开关损耗的优越性。此外,还进行了实验验证,结果验证了所提电压平衡方法的有效性和优越性。

一种基于矢量组合列的新型NPC逆变器调制策略

针对三电平中点钳位型(neutral point clamped,NPC)逆变器在实际应用中存在总谐波失真(total harmonic distortion,THD)值ηTHD高、开关损耗大、中性点电压漂移大等问题,提出一种基于矢量组合列的新型调制策略,将单个矢量组合成一组序列,运用半波对称法对矢量序列进行组合,产生一种可以降低THD值、减少开关损耗、抑制中性点电压漂移、提高电压利用率和电能质量的调制策略。仿真和实验结果验证新型调制策略的优越性和可行性。

基于EEMD模糊熵和PSO-KELM的NPC三电平逆变器故障诊断

功率开关器件是逆变器的核心部件,但其易发生开路故障,故对其进行故障诊断方法研究很有必要;针对中点钳位型(NPC)三电平逆变器功率开关管器件的开路故障,提出一种基于总体经验模态分解(EEMD)模糊熵和粒子群算法(PSO)优化的核函数极限学习机(KELM)的故障诊断方法;首先采样功率开关器件的桥臂输出端的三相电压作为故障信号以区分各种故障类型,然后利用EEMD模糊熵提取故障特征向量,最后将其划分为训练集和测试集送入PSO-KELM中,识别故障类型并输出诊断结果;经Matlab平台仿真实验得到该方法的故障诊断率超过98%,通过与其他方法的对比实验分析,该方法的有效性与优势得到验证。

NPC三电平逆变器的开关管开路故障诊断

开关管故障诊断是三电平逆变器系统实现可靠运行的前提。针对二极管中点箝位型NPC(neutral-poi-nt-clamped)三电平逆变器,提出了一种新颖的开关管开路故障诊断方法。选取开关状态、负载相电流的极性及桥臂相电压作为故障特征,在不同的电流流通路径下进行开路故障特征分析,实现对故障开关管地准确定位。实验验证了所提故障诊断方法的正确性和有效性,与其它开关管开路故障诊断方法相比,该方法不需要复杂的算法,具有诊断迅速、可靠性高的优点。

NPC三电平光伏并网逆变器

设计了一种20k W NPC型三电平光伏并网逆变器,采用无升压变压器型设计,Boost部分采用交错并联结构,逆变部分采用NPC三电平结构,控制系统硬件平台采用DSP+FPGA结构,并对系统层参数进行了详细设计和仿真。针对NPC拓扑结构中的中点电压平衡问题,提出了在Boost电路中改变上下电容的充放电时间调节中点电压,与基于母线电容中点电荷的中点电位平衡控制算法,并进行了实验验证。逆变器控制采用电网电压定向矢量控制,并通过实验验证了装置的可靠性。

NPC三电平SVPWM

针对中点钳位(NPC)三电平逆变器,基于60°坐标系,简化了三角函数运算,详细说明矢量合成中开关状态的选择,并在DSP硬件平台上采用单DSP架构实现了三电平控制。

基于自适应滑模观测器的中点钳位型三电平并网逆变器开路故障诊断

为提高中点钳位型(NPC)三电平并网逆变器故障诊断的准确性和鲁棒性,该文针对其开关管单管和双管故障,提出一种基于自适应滑模观测器的开路故障诊断方法。该方法首先建立逆变器在正常状态和开关管故障状态下的混合逻辑动态模型;其次设计收敛速度快且显著抑制抖振的自适应滑模观测器精确估计正常状态下的三相电流值;然后利用实际系统和观测器的输出电流提出基于电流形态因子的故障检测方法;最后根据电流残差来构造故障定位变量进行故障定位。在此基础上,通过建立前次故障状态的自适应滑模观测器实现双开关管开路故障诊断。该文提出的方法能够同时实现单管和双管开路故障诊断,诊断速度快、鲁棒性强,且避免增加额外传感器。实验结果验证了该文所提诊断方法的鲁棒性和有效性。

中点钳位型三电平逆变器并联系统的零序环流抑制策略

针对中点钳位型(NPC)三电平逆变器并联系统内普遍存在的零序环流问题,该文首先分析模块间环流的通路,建立零序环流的电路和数学模型。根据等效模型阐述零序环流各成分的产生机制,并对零序环流进行定量分析。定义零序环流的三类具体成分:通态零序环流、开关零序环流及混合零序环流。对于不同类别的零序环流,提出共享直流侧中线和改进型LCL滤波器的硬件措施及准比例积分谐振(PIR)控制器的软件措施去抑制对应环流成分的高频、低频分量;另外,针对改进型LCL滤波器中交流滤波电容中点和直流侧电容中点连接电缆上有较大高频电流的缺陷,提出载波移相控制下模块共用滤波电容的优化方案,在保证环流抑制效果的同时将奇数次开关频率的高频纹波转移到共用电容上,实现奇数纹波分量的自动抵消,使连接电缆上的电流减小近50%;最后,仿真与实验结果验证了所提环流抑制策略的可行性。

Unified power quality conditioner based on a three-level NPC inverter using fuzzy control techniques for all voltage disturbances compensation

This paper presents a novel and efficient control scheme for unified power quality conditioner （UPQC） based on three-level neutral point clamped （NPC） inverter using fuzzy logic techniques. The proposed UPQC is capable of mitigating source current harmonics and compensate all voltage disturbances such as voltage sags, swells, unbalances and harmonics. It is designed by the integration of series and shunt active filters （AFs） sharing a common DC bus capacitor. The DC voltage is maintained constant using proportional integral voltage controller. The synchronous reference frame （SRF） theory is used to get the reference signals for shunt active power filters （APFs） and the power reactive theory （p-q theory） for series APFs. The shunt and series APF reference signals derived from the control algorithm and sensed signals are injected in two controllers to generate switching signals. To improve the UPQC capability, fuzzy logic techniques are introduced to control the series APF. The performances of the proposed UPQC system are evaluated in terms of power factor correction, mitigation of voltage or current harmonics and all other voltage disturbances compensation using Matlab-Simulink software and SimPowerSystem toolbox. The simulation results illustrate the performance of the proposed UPQC at the common connection point of the nonlinear load to improve the power energy quality.

Modulation and Voltage Balancing Control of Dual Five-level ANPC Inverter for Ship Electric Propulsion Systems

Open-end winding motors are used extensively in ship electric propulsion systems,in which medium-voltage high-power inverters are a critical component.To increase the system voltage and power density,a dual five-level active neutral-point clamped(ANPC)inverter is proposed herein to drive medium-voltage open-end winding motors for ship electric propulsion.Each phase of this inverter comprises two five-level ANPC bridges and all the phases are powered by a common direct-current link.A hybrid modulation method is proposed to control this inverter.The series-connected switches in all the five-level ANPC bridges are operated at the fundamental frequency,and the other switches are controlled with a phase-shifted pulse-width modulation(PWM),which can achieve a natural balance between the neutral-point voltage and flying capacitor voltages in a carrier period.A closed-loop capacitor voltage balancing method based on adjusting the duty ratios of the PWM signals is proposed.The neutral-point voltage and flying capacitor voltages can be controlled independently and balanced without affecting the output phase voltage.Simulation and experimental results are presented to demonstrate the validity of this method.

中点钳位非隔离全桥光伏并网逆变器

针对光伏发电系统对非隔离逆变电路的需求,提出构成一类中点钳位非隔离全桥光伏并网逆变器的2种基本开关单元:中点钳位正单元(positive-neutral point clamped cell,P-NPCC)和中点钳位负单元(negative-neutral point clampedc ell,N-NPCC)。提出由2种基本单元构造中点钳位全桥逆变器拓扑的生成机理和推演方法,按照该方法可以得到现有的中点钳位非隔离全桥光伏并网逆变器拓扑,如oH5、FB-DCBP以及一族新的中点钳位非隔离全桥并网逆变器拓扑。以所提PN-NPC拓扑为例详细分析了其工作原理,并实验比较了PN-NPC和Heric拓扑的变换效率和共模特性。所提拓扑的共模电压为恒定值,且其变换效率和共模特性均优于Heric拓扑。

中点钳位型H桥级联单相逆变器新型空间矢量脉宽调制方法

通过对中点钳位型H桥级联单相逆变器开关状态分析,得到了27种有效开关矢量。提出一种适用于该拓扑结构的单相空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)方法,该方法将单相一维空间矢量图分为8个区间。根据期望电压矢量幅值和矢量所在区间以及上一个开关周期的终止矢量进行输出脉冲合成类型判断,并基于开关次数最小原则提出3种矢量合成规则。根据伏秒平衡原理对每种脉冲类型的矢量作用时间进行了计算。提供一种兼顾电压均衡、开关次数最小和开关器件均衡利用的冗余矢量使用法则。利用DSP和FPGA芯片实现所提出的算法。仿真和实验验证了提出调制方法的正确性和可行性。