适用于中点箝位型三电平逆变器的多目标调制策略

为同时实现中点箝位型三电平逆变器的中点电压平衡和共模电压降低,分别分析了基于载波脉宽调制(CBPWM)和基于虚拟空间矢量脉宽调制(VSVPWM)的中点电压平衡和共模电压降低方法。基于CBPWM提出一种可以降低共模电压的载波脉宽调制(RCMV_CBPWM)策略,可将大多数工作区域的共模电压限制在直流侧电压的1/6以内。为了实现上述2个目标,同时不过分增加开关损耗,在RCMV_CBPWM基础上提出了一种多目标调制(MOPWM)策略,在全调制度和全负载功率因数范围内,共模电压可限制在直流侧电压的1/6以内并实现中点电压平衡,且其开关损耗低于VSVPWM。比较了MOPWM、RCMV_CBPWM和VSVPWM在中点电压控制、共模电压降低和开关损耗降低方面的性能。实验结果验证了MOPWM的可行性和优越性。

基于SVPWM调制策略的T型三电平逆变器研究

针对T型三电平逆变器在新能源发电领域的广泛应用,分析了T型三电平逆变器的结构和工作原理,阐述了空间矢量脉冲宽度调制(SVPWM)策略的思想,详细介绍了参考电压矢量位置判断、基本矢量作用时间计算和基本矢量作用时序生成三个步骤的实现方法.借助Matlab/Simulink软件搭建了基于SVPWM调制策略的T型三电平逆变器的仿真模型,仿真结果验证了仿真模型的正确性和SVPWM调制策略的有效性.

适用于三电平逆变器的电流谐波最小脉宽调制策略

受限于散热条件,大功率牵引传动系统中逆变器开关频率通常很低,三电平逆变器由于在低开关频率下具有较小的输出谐波、较低的dv/dt等特点在中高压大功率领域中被广泛应用。以三电平中点钳位型逆变器为研究对象,提出一种电流谐波最小脉宽调制策略(CHMPWM),基于加权总谐波畸变最小的优化目标求解不同开关角个数下的开关角曲线,与目前应用较为广泛的特定次谐波消除脉宽调制进行谐波性能对比。该方法不会完全消除特定次数的谐波成分,但是总体电流谐波可以达到最小。针对电流谐波最小脉宽调制策略在实现过程中存在的困难,设计全速度范围基于电流谐波最小脉宽调制的多模式调制策略。仿真和实验结果表明,提出的调制策略具有良好的谐波性能,与理论分析结果一致。

NPC型三电平逆变器的永磁同步电机双矢量模型预测电流控制

中点钳位式三电平逆变器拓扑结构简单,适用于高电压,大容量场合。提出了表贴式PMSM模型预测的控制算法,同时为了提高三电平逆变控制的PMSM的稳态性能,改进了传统单矢量控制,提出NPC型三电平逆变器的PMSM双矢量模型预测电流控制,从而达到减小电流谐波,抑制转动脉距的目的。还根据正负小矢量作用于中点电位时的效果相反来实现中点电位的平衡。提出的双矢量模型预测电流控制和传统的单矢量模型预测电流控制,经过仿真实验的结果表明:双矢量模型预测电流控制优于传统单矢量模型预测控制,双矢量模型预测控制能有效的减少电流谐波和转动脉据,对电机的动稳态性能有很好的效果。

T型三电平逆变器开路故障诊断方法研究

本文以三相T型三电平逆变器为研究载体,以开关器件开路故障作为研究对象,采用“数据采集-特征提取-特征识别-软硬件部署”的工作范式,提出基于数据驱动的开关器件故障诊断方法。通过搭建完整诊断仿真平台,在基波周期时间尺度给出诊断结果,取得了95%以上的故障诊断准确率。

化工仪表单相NPC三电平逆变重复PI控制研究

单相NPC三电平逆变双环PI控制器属于化工仪表不间断电源的重要组成部分,但此类控制器存在一定的缺陷,具体表现为谐波抑制能力差,影响电压输出的稳定性。研究过程设计了单相NPC三电平逆变重复PI控制技术,将重复控制器与传统的单相NPC三电平逆变双环PI控制器整合在一起,提高谐波滤除能力和电压跟踪精度。运用MATLAB对此次建立的控制模型进行仿真,以非线性整流负载为条件,提取稳态输出电压的高频谐波分量,计算总谐波畸变。结果显示,单相NPC三电平逆变重复PI控制技术有效地降低了高频谐波分量在基波中的占比,其总谐波畸变仅为4.65%,说明该控制技术的谐波抑制能力和系统动态稳定性达到了优化目标。

基于换相阈值精准计算的三电平逆变器故障行为挖掘

三电平结构在高压功率下可实现交流电机的变频调速,但是由于死区时间的引入,导致系统控制性能变差,输出的电压与电流发生畸变,甚至会导致电动机发生机械谐振。为有效控制电压波形的分布,提出基于换相阈值精准计算的三电平逆变器故障行为挖掘方法。计算非导与导通绕组电感的具体数值,完成逆变器故障行为建模。按照三电平逆变器结构定义故障行为表现区间,得到准确的换相阈值计算结果,实现对三电平逆变器的故障检测。实验结果表明,电压传输波的极大值不超过257.5 V、极小值不低于134.8 V,符合有效控制电压波形分布形式的要求。

中点钳位型三电平逆变器基于调制波分解的调制策略

对于中点钳位型三电平逆变器(NPC TLI),一般通过单调制波与双载波相比较的方式产生脉冲序列,即基于载波的脉宽调制(CBPWM)。然而,该方法在高调制度低功率因数条件下中点电位(NPV)会出现三倍频波动。针对此问题,该文介绍一种简便的调制波分解方法,并以无条件实现NPV平衡的虚拟空间矢量脉宽调制(VSVPWM)为例说明该方法的可行性。在此基础上,提出一种可同时实现NPV平衡和开关损耗降低的调制策略。该调制策略具有四种模式,因此,将其命名为FM_VSVPWM。此外,对比了FM_VSVPWM与CBPWM、VSVPWM的调制性能。最后,通过实验验证了FM_VSVPWM的有效性和优越性。

基于调制波分解的中点钳位型三电平逆变器的混合调制策略

对于中点钳位型三电平逆变器,传统的载波脉宽调制在高调制度低功率因数下中点电压会发生三倍频波动,而虚拟空间矢量调制虽然能实现中点电压无条件平衡,却存在开关损耗高的问题。针对上述问题,基于调制波分解的多约束目标的协调,提出一种适用于中点钳位型三电平逆变器的混合调制策略。该调制策略采用双调制波单载波比较的方式实现,分析开关次数和中点电压无条件平衡的两类约束,为了在确保中点电压平衡的条件下降低开关损耗,提出上述两类约束的混合调制策略。在此基础上,探讨两种约束下的中点电压主动控制方法。另外,还对比了混合调制策略与其他调制策略的性能指标。混合调制策略可以在全调制度全功率因数下实现中点电压平衡,且相比虚拟空间矢量调制开关损耗有所降低,实验结果证明了其可行性和优越性。

一种新型的三电平逆变器多目标协调调制策略

提出一种新调制策略,同时考虑平衡中点电压(NPV)、降低开关损耗和降低共模电压(CMV)等多个目标,命名为N3S_CBPWM。对于N3S_CBPWM在每个开关周期内,三相的开关动作分别为0,1和2,确保每个周期三相总的开关次数为3次。在降低CMV的基础上,给出调制波的约束条件。为实现对中点电压的主动控制,给出了N3S_CBPWM的中点电压主动控制方法,比较了NS3_CBPWM和现有调制策略的开关损耗。最后通过实验验证了所提N3S_CBPWM的可行性和优越性。

基于有限状态机的三电平逆变器双矢量模型预测控制策略

针对三电平逆变器使用有限集模型预测控制策略时,存在电流谐波大、对微控制器运算能力要求高、多目标优化复杂及输出矢量切换受限等问题,提出一种基于有限状态机的双矢量模型预测控制策略。首先,采用有限状态机来描述有限的控制集和受限的矢量切换,并以此作为三电平逆变器运行的基础,从而避免过大的相电压和线电压跳变;然后,提出一种适用于该有限状态机的简化控制集方法,使得候选矢量的数量不超过5个;继而,结合直流侧电容电压平衡控制,确定最优双矢量组合,且无须进行多目标优化;最后,计算双矢量的占空比,进一步降低输出电流的谐波。仿真和实验结果验证了所提策略的良好性能。

改进的三电平逆变器变虚拟空间矢量调制策略

中点电位平衡问题始终是中点钳位型(NPC)三电平逆变器研究的热点问题。文中首先介绍了NPC逆变器的拓扑结构,并分析了传统虚拟空间矢量调制的工作原理及不足之处。在此基础上,为提高中点电位平衡效果,提出一种改进的变虚拟空间矢量调制方法。该方法首先通过引入变虚拟中矢量平衡因子来重新定义虚拟中矢量,然后分析其在单位开关周期内所能产生的电荷量并据此确立矢量顺序,从而在保持中点电位稳态精度的基础上,提高其动态平衡速度。此外,在确立矢量顺序的过程中,分析了系统的输出状态并引入相占空比法进行优化,以减小系统在动态平衡过程中的输出状态切换次数。仿真和实验结果验证了所提调制算法的有效性。

基于Prony算法的三电平逆变器开路故障诊断方法

针对传统基于信号分析的中性点箝位(NPC)逆变器故障诊断方法存在频谱易泄露、难以分析非稳态和非线性故障信号的问题,提出一种基于Prony算法的三电平逆变器开路故障诊断方法。采用小波变换对原始测量信号去噪预处理,克服Prony法对噪声敏感的缺点。通过Prony分析拟合逆变器的三相电流信号,提取其幅值、频率、相位、衰减因子四维故障特征。应用支持向量机(SVM)对中性点箝位逆变器故障进行分类。在仿真平台上验证文中所提算法,仿真结果表明,对中性点箝位逆变器开路时瞬变非线性电流信号可以有效地提取故障特征,实现单、双管的开路故障诊断。

NPC型三电平逆变器可视化三矢量无模型预测控制策略

为了解决传统模型预测控制参数鲁棒性差、输出电流纹波大的不足,提出了一种应用于三相三电平逆变器的可视化三矢量无模型预测控制策略。该方法首先利用滑模观测器估计系统集总参数,采用无差拍控制获得参考电压矢量。该过程无需任何系统参数,提高了控制策略的参数鲁棒性。其次,在每个采样周期内施加由冗余矢量构成的三矢量组合,减少了输出电流纹波并实现了电容电压平衡。在此基础上,提出了一种新的可视化分析方法,从理论上证明了所提出的简化三矢量寻优的有效性。实验结果表明,在模型参数失配的情况下,所提策略可使NPC三电平逆变器的并网电流拥有较低的电流总谐波失真率,增强了模型预测控制的参数鲁棒性。

基于反相层叠载波的三电平逆变器漏电流抑制和中点平衡方法

三电平光伏逆变器的中点波动和漏电流会影响系统的可靠运行和输出质量。为此,提出了一种兼顾漏电流抑制和中点电压平衡的调制策略,在反相层叠载波的基础上通过特定零序分量注入将开关周期内共模电压峰峰值降为六分之一母线电压,波动频率降为开关频率,从而有效抑制漏电流;同时通过零序分量切换控制中点电流,平衡直流侧中点电位;根据判定电流方向,对调制波进行修正,避免死区对漏电流抑制的影响。最终通过实验验证了所提调制策略的可行性和有效性。

基于强跟踪扩展卡尔曼观测器的三电平逆变器永磁同步电机无模型预测电流控制

为增强三电平逆变器馈电永磁同步电机驱动系统在模型失配和工况变化下的稳定性和鲁棒性,该文提出一种基于强跟踪扩展卡尔曼观测器的无模型预测电流控制(strong tracking extended Kalman observer based model-free predictive current control,STEKO-MFPCC)策略。首先,分析电机在模型失配工况下的集总扰动,建立系统超局部模型;其次,设计EKO估计超局部模型中非线性部分,同时引入强跟踪滤波策略,快速调整误差协方差矩阵,优化增益矩阵,提升传统扩展卡尔曼算法的动态性能;最后,构建含有中点电位和电流的预测方程,输出令代价函数最小的电压矢量。实验结果表明,相较传统MFPCC,所提方法有效抑制中点电位波动,提升电机转速响应速度,改善输出电流质量,在参数扰动工况下增强系统鲁棒性和抗扰动能力。

基于60°坐标系的改进三电平逆变器中点电压调制策略

中点电压不平衡直接影响逆变器输出电压波形的质量以及器件的寿命。针对NPC型三电平逆变器中点电压不平衡问题,对传统的虚拟空间矢量调制方法进行改进,设计了一种改进的虚拟空间矢量脉冲宽度调制(improved virtual space vector pulse width modulation,IVSVPWM)方法。首先,定义了新的虚拟矢量,目的是降低共模电压幅值;然后,对扇区小三角形区域进行划分,计算了虚拟矢量的作用时间,设计了空间矢量的作用顺序;最后,在MATLAB/Simulink中搭建了仿真模型,对传统的虚拟空间矢量脉冲宽度调制(virtual space vector pulse width modulation,VSVPWM)方法和本文设计的IVSVPWM方法进行比较。结果表明本文设计的方法具有更好的中点电压平衡效果。

基于自适应电流预测模型的LCL型三电平逆变器并联零序环流抑制策略

提出了一种基于自适应电流预测模型的零序环流抑制策略,该策略适用于共直流母线的并联运行的三电平逆变器。首先构建了零序环流等效模型,分析证明了并联系统的中点电位差和共模电压差为零序环流激励源;随后提出了一种基于预测模型的零共模电压控制方法,兼顾了中点电位平衡的控制效果并改善了并网电流质量,同时对并联系统之间的零序环流进行了有效抑制;其次设计了一种自适应电流预测模型,提高了在参数失配下并网电流的跟踪性能,减少了误差;最后通过MATLAB/Simulink平台搭建仿真模型,验证了所提控制策略的可行性和有效性。

一种适用于三电平逆变器的协调控制策略

针对中点箝位型三电平逆变器(NPC TLI)的中点电压和开关损耗问题,这里提出了一种适用于全调制度和全功率因数的多目标协调控制策略。TLI具有电流谐波小、开关应力低等优点,被广泛应用于中压大功率领域。首先,分析了TLI的工作原理和基于载波的非连续脉宽调制(CBDPWM)策略;其次,介绍了非连续脉宽调制(DPWM)策略的9种箝位模式及其对应的中点电流和开关损耗评价函数,提出了最小中点电压(NPV)波动和最小开关损耗的调制策略;再次,将两种调制策略进行函数化和归一化处理,建立了多目标协调控制函数模型;最后,通过实验验证了所提策略的可行性。

三电平逆变器滤波器元件电流应力分析

三电平逆变器适用于光伏、储能并网系统,交流侧采用LCL滤波器。现有文献大都研究其对谐波的抑制能力或并网系统的稳定性。然而,对不同电压、功率因数、功率等级等工况下电感、电容器件的电流应力的分析不够全面,导致器件运行可靠性难以预测。以三电平逆变器及空间矢量调制为研究基础,推导了LCL滤波器3个元件的电流有效值及电流波形包络线的表达式,分析了功率因数、直流电压变化等对其电流应力的影响规律,据此能得出器件所受最大应力。通过电路仿真和实验,验证了解析式和分析结果的正确性。