一种新的三电平中点电位滞环控制法

该文针对三电平中点电位平衡原理提出了一种中点电位的滞环控制方法,该方法根据当前的PWM组合和各相输出电流方向判断出中点电流方向,通过滞环比较的方式得到中点电压偏向,并由此判断当前PWM对中点电位的作用,将当前的PWM组合中可以实现中点电位平衡的组合重新分配使之有利于中点电位的平衡。该方法独立于具体的PWM调制模式,因此可以胜任各种PWM调制模式下的中点电位调整。而且也可通过调整滞环宽度的方法来调整中点电位的允许波动和开关管开关次数。该文以特定谐波消除PWM方法(SHEPWM)为例,仿真和实验结果显示了很好的中点平衡效果。该方法对三电平中点电位平衡上具有通用性。

一种三电平逆变器中点电位控制方法仿真研究

二极管中点钳位型三电平逆变器直流侧中点电位偏移不仅会导致交流侧输出性能变差,严重时会减少直流支撑电容寿命甚至损坏功率器件。提出了基于三电平直流变换器的三电平逆变器直流侧中点电压平衡控制方法,依据开关管关断时间之和决定母线电压、关断时间之比决定中点电位的约束条件,调节开关管工作状态,从而使中点电位在系统所允许的范围内波动。在MATLAB/Simulink环境下构建了仿真模型,实现了双闭环调节控制算法,完成了系统仿真分析。仿真结果表明,该设计可减小三电平逆变器直流侧中点电位偏移量达93%以上。

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。

有源前端型三电平逆变器中点电位平衡的一种控制策略

由三电平有源前端(AFE)和三电平逆变器构成的中高压变频器在能量再生,功率因数,输入和输出谐波方面具有良好的性能.在这种变频器中,为了实现直流侧中点电位平衡控制(NPB),以往的方法都要对逆变控制采用的SVPWM算法进行调整,这不可避免地会增加逆变输出谐波.本文提出一种无需调整SVPWM算法而只在变频器前端解决NPB问题的策略,避免了逆变输出谐波的增加,使负载电机旋转磁场具有较为理想的圆度.文中介绍了这种NPB的基本原理,对在前端控制与在逆变侧控制的输入和输出性能进行了比较分析.仿真实验研究结果证明了该控制策略的正确性和有效性.

具有中点电位平衡功能的三电平直接转矩控制

针对三电平中点钳位型逆变器存在较大电压偏移问题,提出一种改进的控制中点电位平衡的方法,并采用磁链和转矩双闭环控制的三电平逆变器供电的异步电机直接转矩控制方案。首先,直接在坐标系下对转矩和磁链进行调节得到所需施加的电压空间矢量;其次,基于非正交的60坐标系,在内部扇区通过检测中点不平衡方向以及三相输出电流,采用相应的SVPWM调制顺序,在外部扇区采用合成虚拟矢量的调制方法;最后,仿真结果表明了该控制算法的可行性,异步电机响应迅速,转矩脉动较小,同时中点电位不平衡得到了有效地抑制。

一种适用三电平并联系统的虚拟矢量调制策略

直流侧中点电位平衡和零序环流抑制是保证三电平逆变器并联系统正常运行的重要问题,然而基于冗余小矢量对调节的环流抑制方案进一步增加空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)中点电流无法对称消除的场景,加剧双机系统中点电位不平衡程度。该文基于虚拟矢量合成思路,提出一种满足零序环流抑制和中点电位平衡需求的双机虚拟矢量调制方法。该方法重新定义虚拟中矢量,通过缩短中矢量作用时间和增加参与合成的对称冗余小矢量以减少中点电流不平衡场景;分析不同扇区不同控制目标下虚拟矢量合成规则,利用相占空比法优化虚拟矢量的作用顺序,减少矢量合成过程中的开关次数。与传统SVPWM策略下中点电压变化量的对比分析表明,所提方法能够削弱环流抑制和中点电位平衡的耦合关系。最后,利用Starsim平台实验验证该策略的有效性。

三电平中点钳位电压型逆变器带不平衡负载时的复合控制策略

为了改善不平衡负载条件下三电平中点钳位型(NPC)电压型逆变器的输出电压波形,采用了延迟信号撤销法(DSC)分离出正序和负序电压分量分别进行控制。但此方法在修正了电压波形的同时,会进一步增加输出电流的不对称性,导致在空间矢量脉宽调制算法(SVPWM)下三电平NPC电压型逆变器中点电位的波动加剧。针对这个问题,计算了负序电流分量对中点电位波动的影响。结果显示随着负序不平衡度增加,中点电位等效控制能力有可能增大或者减小,主要取决于输出功率因素。而当调制比>0.5时,由于功率因数和负序不平衡因数不匹配,在该开关周期内无法对中点电位进行补偿。同时也找出了1个开关周期内控制冗余小矢量的作用时间对中点电位调整能力的边界,从而建立了中点电位控制的空间矢量调制算法。另外,提出了基于DSC算法对电压正负序分量进行分离,分别在正向负向旋转坐标系下进行电压控制,并结合中点电位控制的复合控制方案。仿真计算表明该控制方案下,负序电压分量在负方向旋转的坐标系下得到控制,同时负序电流作用使得中点电位的波动加剧,但是在空间矢量中点电位调制下,中点电压波动得到抑制。仿真结果验证了该复合控制策略下三电平中点钳位型电压型逆变器具有较好的带不平衡负载的能力。

基于伏-秒平衡特解规划的三电平中点电位低频脉动抑制PWM

基于伏-秒(V-S)平衡原理,提出一种通用程控三电平PWM方法,在单个载波周期内,设计一种通用的开关序列,其中每相开关序列均考虑三种不同电平,揭示三电平PWM算法可根据不同的控制目标对伏秒平衡方程特解进行规划来实现,物理意义更明晰。为了实现中点电位平衡与低频脉动抑制,解决虚拟电压矢量调制策略计算复杂的问题,以特解规划为基础,提出九段式低频脉动抑制PWM特解规划算法和中点电位闭环控制策略,给出了脉冲分配方法,无需扇区判定及矢量合成分析。建立中点钳位(NPC)三电平样机实验平台,采用阻感负载和永磁同步电机(PMSM)负载实验验证了所提方法的正确性和有效性。

基于DMWPWM的三电平NPC变流器闭环控制策略研究

双调制波载波调制策略(DMWPWM)可实现三电平中点钳位(NPC)变流器在全调制度、全功率因数范围无直流电容电压低频波动。对比3类双调制波载波调制策略的直流电压利用率、器件开关损耗和输出电流谐波畸变率(THD),得到最优双调制波载波调制策略,但其本质为开环控制,难以抑制非调制因素引起的直流电容电压不平衡。应用一种基于双调制波载波调制的直流电容电压闭环控制策略,实现中点电位平衡。仿真结果验证了理论分析的可行性与有效性。

一种调制波的动态调整方法在三电平逆变器控制中的应用

为解决传统方法对三电平逆变器控制存在的输出电压总谐波畸变率高、中点电位不平衡等问题,设计一种调制波的动态调整方法。以二极管箝位型三电平逆变器的控制方法为研究对象,对其在运行中出现的中点电位低频波动现象进行分析,通过中点电位平衡运算实时计算出偏移量,并把偏移量叠加到中间相调制波分解成的上、下调制波上,并选用数字信号处理作为主控制器,搭建三电平逆变器电路进行实验验证。实验结果表明:该方法控制效果理想,所输出的交流电能质量能得到提高。

三电平直接功率拓展控制的最优向量通用判据

针对多电平逆变器的控制策略向量选择的问题,分析三电平逆变器的工作原理,提出一种可应用于三电平逆变器的基于直接功率控制的算法,通过三个滞环控制器来实现算法的控制。为协调控制系统的有功功率、无功功率和中点电压,提出一种基于直接功率控制的最优向量通用判据算法,通过分析各个逆变器电压矢量作用后产生的有功、无功、中点电压变化,选择合适的逆变器电压矢量来控制各个IGBT的关断。仿真结果证实了基于此算法的三电平逆变器直流母线电压稳定,交流侧电流和逆变器输出电压波形良好,同时中点电压滞环控制器抑制了中点电压的波动。

三电平变换器中点电压平衡问题的研究

为了全面分析中点电位平衡问题,建立了一个三电平变换器的数学模型,分析了三电平变换器中点电位不平衡的原因,详细地讨论了空间矢量控制方法中不同矢量对中点电位的影响。最后,实验研究了一种基于检测直流侧中点电流的方向和直流侧电容电压的大小,来平衡中点电位的滞环控制方法。实验结果验证了该滞环控制方法平衡中点电位的有效性。

基于三电平变流器的储能系统并网控制器设计

对二极管箝位型三电平变流器在储能系统(Power control system,PCS)中的应用进行了研究,提出了带功率前馈的储能系统并网电流内环、电池电流外环的双环控制策略。对于三电平中点箝位(Neutral point clamped,NPC)变流器的中点电位平衡问题,提出了带限幅比例因子的中性点电压平衡控制算法,实现了中点电压的高精度平衡调节,减小了中点不平衡对电流THD的影响。通过对50kVA储能系统仿真和实验验证,结果证实了所提并网控制器的可行性和有效性。

三电平Boost电路两种控制策略的对比研究

相较于两电平Boost电路,三电平Boost电路存在中点电位平衡问题,因此在传统的电压外环和电流内环双环控制基础上,需要采集两个输出电容上的电压,增加一套均压环进行中点电位控制,该方法存在电压外环、电流内环及均压环三套比例积分控制器(PI)参数整定,较为复杂。根据三电平Boost电路工作特性,将三电平Boost电路拆分为两路两电平Boost电路进行等效,进而采用双环控制对两个输出电容电压进行直接控制,该控制方法虽然有四个PI环,但只需对两套PI参数进行整定,复杂度低于前述方法。通过Matlab仿真对两种控制方法进行了比较,验证了输出电容电压独立控制策略的有效性。

NPC三电平逆变器电压平衡研究

对应用较多的空间电压矢量脉宽调制的二极管箝位式三电平逆变器的工作情况进行了介绍,针对此逆变器在实际使用中电容电压不平衡的问题进行了分析,提出了利用检测直流侧电容电压差值和中点电流瞬时值进行滞环控制以切换两个等效的矢量作用脉冲序列来使电容电压达到平衡的方法。实验结果表明,此方法可以有效地抑制电容电压不平衡的程度,使电容电压不平衡度在2倍滞环环宽以内。器件开关损耗和开关频率比较低且调制方法较简单、易行,具有一定的实用价值。

三电平PWM整流器的研究

针对三电平PWM整流器的拓扑结构进行了分析,在建立其同步旋转坐标系数学模型的基础上,设计了电压、电流双闭环控制器。保证电流内环较快的跟随性能,控制交流侧电流为畸变很小的正弦化电流,且功率因数为1;保证电压外环的抗扰性能,稳定直流侧输出电压。系统还采用基于零序电压注入的SPWM控制方法对中点电位进行控制,此方法不仅使中点电位得到有效的平衡,而且控制方法简单,鲁棒性能也强。利用上面所述方法对系统进行Matlab软件仿真分析,验证了系统控制方法的正确性,并在此基础上使用MC56F8345DSP作为主控芯片完成了硬件电路的搭建,通过实验验证了双环控制器和中点电压平衡方法的可行性和有效性。

二极管钳位型三电平逆变器共模电压抑制

二极管钳位型(NPC)三电平逆变器是一种应用广泛的多电平逆变器结构。中点电位不平衡是NPC三电平逆变器固有的缺点。传统虚拟空间矢量调制(NTV2)能在输出电压全范围内控制中点电位平衡,但其产生的共模电压较大。针对上述缺点,提出了一种新型NTV2方法,选用产生共模电压较小的基本电压矢量合成新的虚拟小矢量和虚拟中矢量。同时,提出相占空比法,降低了新型NTV2方法的开关频率,使其开关频率固定。仿真和实验结果验证了新型NTV2方法能够有效地抑制共模电压,且在输出电压全范围内控制中点电位平衡。