Research of the Unity Theory Between Three-level Space Vector and Carrier-based PWM Modulation Strategy

两电平空间矢量脉宽调制（space vector pulse widthmodulation,SVPWM）与正弦脉宽调制（sinusoidal pulse widthmodulation,SPWM）存有一定的本质关系,对于三电平,在常见的8段式SVPWM序列中可以证明,SVPWM与SPWM本质上也存在某种统一。实际的SVPWM调制中,由于要考虑中点电压平衡、减少谐波等其它性能问题,一般会利用开关冗余状态得到8段以上的开关调制序列。目前的文献中还未曾有对这些情况进行统一性地验证,因此三电平SVPWM与SPWM的统一理论存在一定的不足。研究发现,可通过严格地理论推导将传统意义上的调制波分解为2个子调制波,再进行SPWM调制,可以得到与SVPWM完全吻合的序列。该文在此方法基础上深入研究了8段以上（10、12、14段）的SVPWM调制序列与SPWM的统一。经过严格地理论推导,成功实现了含任意段数的SVPWM序列与SPWM的统一。仿真结果证明了该理论的正确性。

过调制区内三电平SVPWM与CBPWM算法的统一性研究

有效使用过调制策略可提高直流电压利用率,加快电机的动态响应速度,扩大其稳定运行区域。为了揭示过调制区内三电平空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)和载波脉宽调制(carrier-base pulse width modulation,CBPWM)算法的内在联系,在分析SVPWM过调制原理的基础上,用两种方法从不同角度推导与SVPWM等效的CBPWM形式。第1种方法根据伏秒平衡原理推导出与SVPWM等效的CBPWM调制函数中应注入的零序分量表达式;第2种方法根据规则采样规律推导出以调制度为自变量的与SVPWM等效的CBPWM整个调制函数形式。理论研究表明:在过调制区内同样可以用CBPWM方法实现与SVPWM相同的效果。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性与有效性。

三电平SVPWM与CBPWM算法的内在联系研究

由于三电平中点钳位逆变器能有效提高逆变器系统容量和耐压水平,减少输出电压的谐波,所以其在中高压大容量电能变换领域中得到了广泛应用。为了揭示三电平中点钳位逆变器空间矢量脉宽调制(SVPWM)和载波脉宽调制(CBPWM)算法的内在联系,本文首先分析了三电平SVPWM算法的原理,并根据调制度的大小将整个线性调制范围分为3段,然后根据脉宽调制的规则采样法,分别推导出了3个调制段内与SVPWM等效的CBPWM调制函数形式。理论研究表明:三电平SVPWM算法是一种特殊形式的CBPWM算法。最后仿真和实验结果证明了理论分析的正确性和有效性。

过调制区内两电平SVPWM与CBPWM算法的内在联系研究

在低压电机驱动控制系统中,通常采用过调制方式来提高直流电压利用率,进而扩展电机运行范围。为揭示电机驱动控制算法中过调制区内空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modu lation,SVPWM)和载波脉宽调制(carrier-base PWM,CBPWM)算法的内在联系,该文首先分析基于叠加原理的SVPWM过调制算法;然后根据脉宽调制的规则采样法,分别推导出了过调制I段和II段与SVPWM等效的CBPWM调制函数形式;最后给出随着调制度变化相应的等效调制函数的变化规律。理论研究表明:在线性调制区和过调制区内SVPWM都是一种特殊形式的CBPWM算法。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性和有效性。

单相二极管箝位多电平逆变器CBPWM与SVPWM调制策略的等效关系

为解决单相多电平逆变器领域空间矢量调制(SVPWM)调制序列与载波调制(CBPWM)的等效关系还不清晰的问题,本文借鉴三相多电平逆变器等效实现的方法,针对多电平单相二极管箝位逆变器的特性,对SVPWM与CBPWM两种调制策略之间的等效关系进行深入研究。通过向在CBPWM调制波中注入推导求出的直流分量,得到与SVPWM完全相同的调制输出序列,并进一步地严格推导得到可以实现单相NPC n电平逆变器含任意段数的SVPWM序列与CBPWM等效的直流分量公式,最后实验验证了该等效关系的正确性。

三电平3D-SVPWM与CBPWM的一致性研究

空间矢量调制法与载波调制法常用于电机控制与电力电子装置控制。空间矢量调制法在多电平时计算复杂,而载波调制法简单易懂。论文以三电平三相四线有源滤波装置为研究对象,通过建立数学模型,分别计算三维空间矢量(3D-SVPWM)与载波调制的开关作用时间。通过对比发现,三电平3D-SVPWM的开关时间与同相层叠载波调制的开关时间一致,通过仿真实验分析验证推理的正确性。结果表明可以用同相层叠载波调制法代替采用邻近开关矢量拟合的三电平3D-SVPWM调制。

SPWM与SVPWM的宏观对等性研究

基于正弦脉宽调制(sine pulse width modulation,SPWM)与空间矢量脉宽调制(space vector pulse widthmodulation,SVPWM)的基本原理,分析并论证两种算法在性质上的一致性。建立两种算法所在算法空间的一一映射关系,分析并得到两种算法基于基本载波周期的宏观差值函数——零序空间矢量基本函数。基于零序空间矢量基本函数确定的零序分量,将SVPWM等价映射为基波调制波中注入该零序分量的SPWM,建立从载波角度研究SVPWM的新方法。从外部输出结果与内部分析效能两个方面对所得结论进行数值仿真,证明了所得结论的正确性和有效性。

基于SVPWM的高功率因数三相混合开关型整流电路研究

提出一种高功率因数三相混合开关型SVPWM整流器,采用六脉冲晶闸管整流桥串联一个直流斩波环节的拓扑结构,分析其换流模式,利用SVPWM方法对输出恒定的直流电流进行控制,针对电网侧加入LC滤波环节而造成的网侧电压和电流相位不同步的问题,采取双闭环直接电流控制策略使网侧达到高功率因数,利用q轴电流给定不为零的方法来校正整流器的功率因数。仿真和实验波形验证了该整流器的优良工作性能,能够有效提高电能质量、实现网侧电流正弦化。

两电平与三电平NPC逆变器单桥臂故障重构拓扑SVPWM算法比较研究

四开关三相逆变器(four-switch three-phase inverter,FSTPI)和八开关三相逆变器(eight-switch three-phase inverter,ESTPI)分别为两电平逆变器和三电平中点钳位型(neutral-point-clamped,NPC)逆变器的单桥臂故障重构拓扑,不同故障重构桥臂对应不同的FSTPI和ESTPI拓扑。在分析二者工作原理的基础上,对所有FSTPI和ESTPI的拓扑、空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)算法及其等效载波脉宽调制(carrier-based pulse width modulation,CBPWM)算法进行比较研究。理论研究表明,所有FSTPI和ESTPI都可等效为施加某些限制条件的三电平NPC逆变器拓扑,且直流电压利用率为其一半。这些FSTPI和ESTPI的SVPWM算法都分别互相等效,并且这6种拓扑的SVPWM算法等效CBPWM算法都是以两个相同的相位相差π/3的正弦波为两相调制函数与三角载波进行比较,不同之处仅在于三角载波个数。仿真和实验结果证明了理论分析的正确性与有效性。

一种新型数字锁相环在三相电压型SVPWM整流器中的应用

研究了基于两相静止坐标系中的SVPWM整流器的数学模型,针对三相电网电压出现频率偏移时传统的锁相环响应速度慢、锁相精度差等缺点,提出了一种基于坐标变换理论的新型数字锁相环,并分析了新型锁相环的工作原理。仿真试验结果验证了该算法的可行性和锁定信号的快速性;同时,解决了在三相电网电压频率小范围漂移情况下传统锁相环不能准确锁相的问题,对实际工程有一定的指导意义。

基于简化SVPWM调制的T型变换器解耦控制

针对传统三电平矢量调制策略区间划分繁琐、计算复杂等缺陷,分析给出了简化三电平SVPWM调制策略的数字化实现方法,并进一步提出了调制策略矢量时间的计算方法与扇区判断方案。为验证调制策略的可靠性,基于T型三电平变换器进行了必要的仿真与实验验证,结果表明,文中简化三电平SVPWM调制策略可靠性高,网侧电流输出波形质量良好,动静态性能优良。

ANPC五电平逆变器SVPWM与SPWM的统一理论研究

目前多自由度多电平领域的空间矢量调制(SVPWM)和三角载波正弦脉宽调制(SPWM)的统一理论研究较少。本文在线电压坐标系下,对有源中点钳位型五电平逆变器(5L-ANPC)的SVPWM调制技术进行分析,研究开关序列L和复用矢量调节系数k对SVPWM等效调制波的影响。用SPWM调制波加零序电压的方式等效SVPWM,并推导了零序电压的具体表达式。最后分析SVPWM等效调制波的具体物理意义,将SVPWM和载波层叠PD-SPWM联系起来,得出了一种可以任意选取冗余开关矢量的统一理论。并通过MATLAB/Simulink仿真验证了结论的正确性。

飞跨电容型多电平逆变器空间矢量与载波脉宽调制统一理论研究

目前对于飞跨电容型多电平逆变器下载波脉宽调制(carrier-based pulse width modulation,CBPWM)和空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)之间的统一理论尚缺乏系统的分析和研究。该文针对飞跨电容型逆变器众多的冗余状态,对其输出序列中各开关序列及其作用时间做了详尽的分析,并在此基础上提出了一种新颖的调制波分解方法,该法可以在调制的半个周期中自由分配冗余状态的作用时间,以满足不同的输出需求。以三电平和五电平逆变器为例,通过此法向CBPWM调制波注入零序电压再行分解调制,可以得到与SVPWM一致的调制序列,达到利用简单易行的CBPWM来实现复杂的SVPWM输出的优势,并将该统一理论推广到n电平下任意段数,仿真和实验表明了该理论的正确性。

采用比例谐振调节器的单相电压型PWM整流器

为了抑制单相电压型整流器电网侧电流的谐波,采用数字陷波器有效地滤除直流侧固有的二次谐波,降低了直流电压谐波对电网电流的影响。电流环的控制采用比例谐振调节器(proportion resonant controller)即PR调节器取代了传统的调节器。PR调节器能够消除交流系统的稳态误差,抑制低次谐波和开关频率附近的高次谐波。使用单相空间矢量脉宽调制(space vector pulse-width modulation,SVPWM)技术,有效地抑制谐波,易于数字化。改进的单相锁相环能够在电网频率±1%的波动范围内,准确锁定相位信息。实现网侧单位功率因数,改善网侧电流的波形。用MATLAB仿真分析并搭建2kW单相PWM整流器样机验证了该法的正确性和可行性。

电流矢量调制的动力电池组充电系统

针对动力电池组三段式充电特性,设计了用于动力电池组充电的三相电流型PWM整流器的主电路,采用了电流空间矢量调制的间接电流控制策略和PI控制器实现网侧单位功率因数运行和直流侧电流稳定输出。为了避免传统电流矢量调制所需要的坐标轴系变换,给出了在三相静止坐标系下的电流矢量调制算法。在此基础上给出了由TMS320F2808芯片控制的电流型PWM充电器控制系统。详细介绍了PI控制器、三相电压调理电路及二/三值逻辑转换的设计方法。该装置省去了网侧电流检测,能在较宽范围内输出纹波较小的充电电流,动、静态性能良好。计算机仿真与动力电池组充电实验结果表明,所提设计方案是可行的。

二极管钳位多电平空间矢量与载波调制策略统一理论研究

多电平变换器脉宽调制(pulse width modulation,PWM)控制方法主要有正弦载波PWM法(sinusoidal carrier-based modulation,SPWM)和空间矢量脉宽调制法(space vector pulse width modulation,SVPWM),这两种调制策略存在一定的本质关系,在两电平或三电平中,对于两种调制算法的内在联系已有许多论述,但对于更高电平的SVPWM调制中,一般由于多电平冗余电压矢量过多,调制序列较复杂,文献中对SPWM与SVPWM的统一理论研究存在一定的不足。该文针对这一问题,深入研究多电平SVPWM调制序列与SPWM的统一,通过在SPWM调制波中叠加零序分量得到与SVPWM完全吻合的序列,最终推导出n电平含任意段数的SVPWM序列与SPWM的统一。

有源中点钳位多电平逆变器空间矢量调制与三角载波调制统一理论

目前有源中点钳位多电平逆变器(ANPC)中三角载波正弦脉宽调制(SPWM)和空间矢量脉宽调制(SVPWM)之间的统一理论尚缺乏系统的分析和研究。在仔细分析其拓扑结构以及开关序列后,针对其相电压冗余开关状态众多的特点,提出一种全新的调制波分解策略。该方法避免了传统调制波分解策略无法确定相电压冗余状态及开关序列的弊端,同时物理意义明确,可以被应用于级联H桥等其他具有众多相电压冗余状态拓扑的统一理论研究。通过给三相正弦调制波注入零序分量,并根据开关管的自由度进行子调制波分解,经SPWM后的信号直接用来触发开关管的开断,从而得到唯一确定的开关序列,且和SVPWM有相同的控制效果。将该理论推广到n电平下任意段数输出,实验验证了该理论的正确性。

基于空间矢量控制的PWM整流器建模与仿真

为了设计三相电压型PWM整流器系统,需要建立系统仿真模型进行控制方案和参数的验证,首先由整流器拓扑结构得到了同步旋转坐标系下的数学模型,根据此模型建立了基于电压外环和电流内环的双闭环控制系统,并给出了具体设计方法。采用简化的SVPWM控制策略来实现整流器电流控制的目的,通过Matlab/Simulink对系统进行了仿真,仿真结果表明整流器能够输出稳定的直流电压,实现了能量的双向流动和单位功率因数运行,从而验证了该设计方案的正确性。

煤矿高功率因数直流牵引供电换流器设计与仿真

设计了新型煤矿直流牵引换流器的主电路拓扑结构以及相应的控制策略。选择BOOST型三相桥式PWM整流器的主电路。设计基于直接电流控制和矢量控制的PWM整流电路的控制系统。建立整个系统的Simulink仿真模型,进行仿真分析。

基于坐标变换的新型数字锁相环在三相空间矢量脉宽调制整流器中的应用

研究了基于两相静止坐标系中的脉宽调制整流器数学模型。针对电网电压畸变需要捕获电压频率和相位的问题,提出了一种基于坐标变换理论的新型数字锁相环,介绍了锁相环的基本构成以及系统的工作原理。仿真结果表明:三相电压型脉宽调制控制系统,可实现单位功率因数运行,锁相环能够很好地跟踪系统频率的变化,从而实现相位的锁定。解决了传统锁相环因三相电网电压频率漂移而引起的相位不同步问题,对工程实际有指导意义。