基于新型矢量选择表的电压型三电平中性点钳位整流器直接功率控制策略

在电压型三电平中性点钳位(NPC)整流器的控制策略中,直接功率控制(DPC)策略具有算法简单和动态性能好的优点。分析了电压型三电平NPC整流器DPC策略的基本原理,推导了系统瞬时功率与交、直流侧参数的关系,并研究了系统直流电压利用率对瞬时功率的影响,提出一类新颖的三电平NPC整流器DPC策略。该策略将系统直流电压利用率分成若干区域,在每个区域中选择不同的矢量选择表对系统瞬时功率进行控制。此外,通过合理选择DPC策略矢量表对应的开关状态,解决了三电平NPC整流器直流电容电压不平衡问题。最后,针对某些直流电压利用率区间内系统瞬时无功功率存在非正常波动问题,分析其产生原因,并通过添加过渡扇区及与之对应的矢量选择表格,对系统瞬时无功功率的非正常波动进行修正。仿真和实验验证了理论分析的正确性。

二极管钳位式三电平逆变器SVPWM控制策略研究

空间矢量脉宽调制在多电平逆变器的控制中应用广泛,但是随着电平数增加,控制算法渐趋复杂化。提出了三电平空间矢量脉宽调制控制方法,将三电平电压矢量区变换为由两电平空间矢量区构成,从而通过使用两电平空间矢量脉宽调制方法简化了控制算法。该方法理论上可应用于更高电平逆变器的控制中,仿真验证了方法的可行性。

适用于大功率三电平中点钳位整流器的SVPWM和DPWM策略研究

大功率三电平中点钳位(NPC)整流器在满足网侧谐波电流限值、直流侧中点电压平衡和避免相电压两电平跳变(TLJ)的前提下,要尽可能降低开关频率。基于以上功能需求,首先分析了空间矢量脉冲宽度调制(SVPWM)和不连续脉冲宽度调制(DPWM)的基本原理,介绍了传统的四种SVPWM开关序列和八种DPWM开关序列并对比了各自作用下的相电压波形。针对传统SVPWM相电压存在的TLJ和开关频率较高缺陷,提出两种改进型SVPWM开关序列;针对传统DPWM相电压存在的TLJ,提出两种改进型DPWM开关序列。在此基础上,该文从TLJ、开关频率、中点电压自平衡能力、谐波总畸变率(THD)和各次谐波电流含量等方面对SVPWM和DPWM的性能进行了详细分析,总结了适用于大功率三电平NPC整流器的三种SVPWM开关序列。最后搭建三电平NPC变流器样机,通过实验验证了所提出改进型开关序列的有效性。

三电平钳位型整流器的电流谐波畸变率改进策略

为了实现对三相三电平双负载中点钳位型(NPC)电压整流器(VSR)的控制,分别从基尔霍夫电路定律和能量交换两种角度建立了具有统一形式的由坐标系欧拉-拉格朗日(EL)数学模型,然后分析了整流器主电路在由坐标系下能量元件的等效值,设计了带有中点电位平衡策略的无源混合控制器。Matlab/Simulink仿真结果给出了无源混合控制系统与双闭环PI控制系统的性能对比,证明无源混合控制策略在改善交流侧总电流谐波畸变率(THD)及功率因数(PF)方面的性能更为优越。

一种以降低逆变器开关损耗为目标并考虑中点电位平衡的适用于中点钳位式三电平逆变器的调制方法

介绍了中点钳位式(neutral point clamped,NPC)三电平逆变器载波脉冲宽度调制(carrier-based pulse width modulation,CBPWM)、空间矢量脉冲宽度调制(space vector PWM,SVPWM)、最小开关损耗脉冲宽度调制(switching loss minimize PWM,SLPWM)3种典型的调制策略。当中点电位偏移时,提出了一种非对称载波脉冲宽度调制(asymmetric carrier disposition PWM,ASPDPWM)策略,可以在中点电位偏移时输出正确的PWM序列,有效抑制逆变器输出的低频谐波含量。分析了基于载波移位脉冲宽度调制(carrier disposition PWM,PDPWM)策略的中点电位平衡方法。提出了一种SLMPWM和PDPWM混合调制策略,这两种调制策略的切换采用滞环控制方式。在实验室搭建了NPC三电平逆变器实验平台,通过阻感性负载和永磁同步电机负载验证了混合调制策略的有效性。实验结果验证了SLMPWM和PDPWM的混合调制策略能够有效降低开关损耗和控制中点电位。

基于d-q轴解耦和中点电位控制的高性能三电平NPC整流器控制方法

首先建立了基于开关函数的三电平中点钳位(NPC)电压型整流器的数学模型,分析了它的工作原理。提出了一种基于d-q轴解耦和中点电位控制的高性能三电平中点钳位PWM整流器控制方法。该方法具有电流控制精度高,能够实现有功电流和无功电流的无差调节的优点,并且通过设计中点电位控制器,能够有效抑制由外部扰动和调制方法造成的中点电位的直流和低频脉动。通过系统的仿真和实验,验证了该数学模型的正确性,以及该控制方法的优异性能。

适用于二极管钳位型三电平有源滤波器的母线电压数字控制方法

传统两电平有源电力滤波器(active power filter,APF)由干功率开关耐压水平和载流能力的限制,难以实现对高压大容量非线性负载的谐波补偿。在高压大容量系统中,二极管钳位型三电平变换器得到了广泛的应用。对三电平APF进行研究,提出一种母线电压闭环数字控制策略。在同步旋转dq坐标系下,将三电平APF母线电压控制系统分为电压外环和电流内环2部分。在电压外环中,采用自适应滤波器求出直流侧电压平均值,采用PI控制器产生有功指令电流维持直流侧电压恒定。在电流内环中,针对三电平APF直流侧中点电位不平衡问题,从空间矢量PWM调制方法的角度出发,对中点平衡问题进行仔细研究,提出一种简单的中点电压平衡控制策略,只需检测各相电流和中点电压波动的方向,对小矢量进行取舍实现APF中点电位平衡控制。实验结果表明了所提出算法的正确性和有效性。

三电平中性点钳位整流器模型预测电流控制算法

将三电平中性点钳位整流器作为研究对象,以维持单位功率因数运行、减小网侧电流谐波、补偿计算时间延迟和保持直流侧电容电压平衡为研究目标,提出了一种基于在线简化的模型预测电流控制策略。该方法通过坐标变换构建α-β静止坐标系下三电平中性点钳位整流器的预测模型,结合电压空间矢量等效变换的原理,求出三电平中性点钳位整流器的参考输出电压矢量,判断其所在扇区,从而选择该扇区最优电压矢量所对应的开关状态直接作用于整流器。同时,针对该算法在实际应用中容易产生计算时间延迟现象,引入拉格朗日外推法,得到具有延时补偿的控制策略。最后,仿真结果证明了该方法的正确性和有效性。

中点钳位式三电平STATCOM的动态相量建模与仿真

首先介绍了中点钳位式(NPC)三电平静止同步补偿器(STATCOM)的结构和原理,采用一种改进的空间矢量脉宽调制(SVPWM)控制方法,用以解决换流器直流侧两个电容的电压均衡问题;通过开关函数详细描述了换流桥的离散动态过程,使用动态相量法得到STATCOM的动态模型,并同时给出了电源、负荷和输电线路的动态相量模型;最后使用Simulink/Matlab平台分别实现了含NPC三电平STATCOM测试系统的电磁暂态模型和动态相量模型的建模,仿真结果验证了动态相量模型的精确性和有效性。

加钳位二极管的零电压开关PWM三电平直流变换器

零电压开关PWM三电平直流变换器 (ZVSPWMTL变换器 )利用变压器的漏感和开关管的结电容可以实现开关管的零电压开关 ,但是输出整流管仍然存在反向恢复带来的尖峰电压。为了解决这个问题 ,提出一种新的ZVSPWMTL变换器 ,它在基本的ZVSPWMTL变换器中增加两个二极管 ,消除了输出整流管的电压振荡 ,同时保留基本的ZVSPWMTL变换器的所有优点。分析了这种新的变换器的工作原理 ,并在一个 6 0 0W的原理样机上进行了验证 ,最后给出了实验结果。

NPC三电平整流器中点电位控制方法的研究

为了解决三电平整流器中点电位不平衡问题,以NPC型三电平整流器为例,在介绍NPC型三电平整流器的主电路结构基础上,分析了中点电位不平衡问题。详细介绍了基于SVPWM控制的中点电位控制策略,通过合理地选择正负短矢量来使中点电位趋于平衡。提出了一种改进方法即基于电荷守恒的控制策略,以保持一个采样周期内流入中点的电荷等于零为原则,通过控制正负短矢量的作用时间来控制中点电位。通过计算机仿真分析验证了中点电位控制方法的有效性。

真空管道磁浮列车三电平中点钳位整流器的改进型模型预测控制研究

真空管道磁浮列车三电平中点钳位(NPC)整流系统所需的控制目标较多。与PWM控制方式相比,模型预测控制可以在单个代价函数中增加任何必要的控制目标,故更适用于多目标控制,但其计算量更大,主要控制目标相互耦合,影响输出性能。为了解决传统模型预测控制存在的问题,本文提出一种改进型模型预测控制策略,可在保证系统稳定运行的基础上,节省约22%的计算时间。同时,本文考虑负载与开关频率权重系数的变化对电流谐波畸变率(THD)及平均开关频率(损耗)的影响,提出变开关频率权重系数的控制策略,以满足不同负载情况下系统对谐波和损耗的要求。最后,仿真验证了所提策略的有效性。

基于滑模控制的矿用三电平整流器仿真分析

在分析了三电平二极管钳位式整流器拓扑结构以及工作原理的基础上,根据在a-b-c和d-q坐标系下建立的数学模型,设计了一种双滑模控制策略,并对控制系统进行仿真。仿真结果表明,与传统控制方法相比,直流侧电压的动态响应性能得到大大改善,实现了高功率因数控制,能够实现能量的回馈且网侧的电压电流波形平滑,验证了控制系统的准确性与可行性。

三电平有源层叠中点钳位式变换器拓扑分析

传统中点钳位(NPC)三电平变频器存在功率器件损耗不平衡问题,限制了变频器容量和功率器件开关频率的提升。有源钳位式NPC拓扑或者层叠式NPC拓扑可以产生更多的零电平状态实现功率器件损耗平衡。有源层叠式中点钳位式拓扑是有源钳位式NPC的衍生拓扑。对有源层叠中点钳位式NPC拓扑进行分析,利用交替反向层叠式(APOD)PWM进行脉宽调制。通过仿真验证该拓扑的工作特点和APOD-PWM算法的有效性。

二极管钳位三电平逆变器电源设计

介绍了一种基于DSP的二极管钳位三电平逆变电源设计.主电路前级采用推挽电路升压整流,为后级提供稳定的直流母线电压.后级采用二极管钳位三电平逆变电路,产生稳定的220V/50Hz交流电压输出.电源采用数字化控制,驱动信号由DSP计算产生.逆变器工作于恒压模式,采用电压电流双闭环PI控制策略,通过PI算法调节三电平逆变电路的驱动占空比来实现闭环控制.最后制作了1kW的样机进行验证,实验证明,方法可行,具有好的应用前景.

基于无源性控制的二极管钳位三电平VSC-HVDC

电压源换流器型高压直流输电系统(VSC-HVDC)采用多电平换流器结构能够提高系统传输容量并改善电能质量。基于无源性理论,构建无源性控制模型,通过对二极管钳位(NPC)三电平VSC-HVDC系统进行仿真,整流侧换流器采用定直流电压和单位功率因数控制,逆变侧换流器采用直接功率控制,实现三电平换流器的电容电压均衡控制和双侧换流器的独立控制。仿真结果证实了基于无源性控制的三电平VSCHVDC能够稳定地运行,并且具有稳态特性好、响应速度快、算法实现简单和鲁棒性强等优点。

单相三电平PWM整流器主电路统一数学模型的研究

详细分析了单相三电平二极管钳位PWM整流器的工作原理,得出了其开关等效电路。介绍了几种不同电路结构的三电平整流器,通过定义各自的开关函数,建立了其统一数学模型。

基于LYAPUNOV稳定性的三电平NPC整流器控制方法研究

首先建立了基于开关函数的三电平中点钳位(NPC)电压型整流器的数学模型,分析了它的工作原理。并在LYAPUNOV稳定性理论的基础上,提出了一种新的三电平中点钳位PWM整流器非线性控制方法。该方法具有大范围渐进稳定,动态响应快的优点,并且通过采用直流电压PI调节加负载前馈,有效地克服了由于参数不准确引起的系统存在稳态误差的问题。系统仿真验证了该数学模型的正确性,以及基于LYAPUNOV直接法设计的非线性控制器的有效性。

内环钳位式新型五电平逆变器系统

在交流电动机调速领域,多电平变换器的应用越来越广泛,在各种多电平拓扑结构中,二极管钳位型多电平拓扑结构在中低压领域的应用最为广泛。但是随着电压等级的升高,开关数量的增加,钳位电容电压的平衡问题也成为该结构突出的难题。本文提出了一种新颖的内环钳位式新型五电平逆变器结构,该结构基于传统的二极管钳位型五电平拓扑结构,在其内环悬浮电容节点上接入一组独立的直流电压源,通过最优控制的算法,实现了五电平拓扑结构中所有钳位电容电压在全负载范围内稳定可控。本文对所提出的五电平拓扑结构进行了仿真及实验研究,仿真和实验结果验证了新方案的可行性。本文提出的方法为二极管钳位型多电平结构解决电容电压平衡问题提供了一个新颖的思路,对该结构的深入研究具有重要的实用意义。

三电平NPC整流器控制研究

二极管中点钳,位三电平脉宽调制整流器是目前研究运行比较多的一种拓扑结构,通过解析其基本拓扑,从空间矢量开关函数的角度上搭建了中点钳位整流器之数学模型,转换到同步旋转坐标系后采取前馈解耦的方式建立了系统的电压与电流之双闭环控制系统,控制整流系统的有功与无功功率解耦传输,进而达到控制功率因数的效果。