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。

大功率三电平逆变器开关动态特性在线测试方法研究

大功率逆变器的动态特性在线测试是电力电子逆变器的一个重要研究方向。多电平系统由于元器件多,结构复杂,其开关动态在线测试极为困难,但此工作对于设计、研制高性能逆变器系统,实现状态监测、故障预防,提高逆变器工作的可靠性有着重要的意义。该文研究大功率三电平逆变器开关器件的动态特性在线测试方法,提出多电平逆变器功率开关状态可测性的概念。所提的方法很好地解决了在线测试的几个关键问题,包括:海量数据的传输处理、全状态参数同步检测控制、功率器件开关过程的高速数据采样、系统状态参数的直接和间接的提取和推算等。在750kVA三电平变频调速系统上成功实现了各种负载工况下的实时在线测量。该文所讨论的开关特性在线测试方法和系统可有效扩展到三电平以上的多电平实时在线测试技术中。

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。

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。

结合开关表的三电平逆变器永磁同步电机模型预测转矩控制

提出了一种应用于中点钳位型(NPC)三电平逆变器馈电的永磁同步电机(PMSM)调速系统的改进模型预测转矩控制(MPTC)策略。该策略将评价函数中磁链和电磁转矩控制部分等效为空间矢量图中参考电压与基本电压矢量差的模,然后合理划分区域,建立能够选择出使上述模最小的电压矢量的预测开关表。并将这个电压矢量作为第二步预测的输出,从而以一次查表代替传统MPTC第二步预测中多次模型预测计算。实验结果证明,改进策略可以很好地实现对磁链、电磁转矩和中点电位的控制的同时,解决了传统两步预测MPTC计算量大的问题。

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。

具有对称辅助电路的谐振直流环节三电平软开关逆变器

为了降低三电平逆变器在高开关频率下的开关损耗,提高其效率,提出一种具有对称辅助电路的谐振直流环节三电平软开关逆变器的拓扑结构,通过在三电平硬开关逆变器的直流环节设置对称辅助谐振电路,利用辅助电路的谐振将直流母线之间谐振电容的端电压周期性下降到零,使三电平逆变器的主开关在直流母线之间的谐振电容端电压为零时完成切换,以实现零电压开关。文中依据不同工作模式下的等效电路图,详细分析该软开关逆变器的工作过程。制作3?kW的谐振直流环节三相三电平软开关逆变器的样机,实验结果表明,逆变器的主开关和辅助开关都实现了软开关切换,效率相比于三电平硬开关逆变器有明显提高。因此所提出的拓扑结构可有效降低三电平逆变器的开关损耗,具有工程实用性。

三电平逆变器SHEPWM多组解特性比较及实验

研究了应用于三电平NPC逆变器的特定消谐(Selective Harmonic Eliminated PWM,SHEPWM)技术。传统SHE均假设波形1/4周期对称,这有助于减小方程组的维数,但同时也减少了可行解的空间,而消除低次谐波并不严格要求波形1/4周期对称。针对1/4周期对称SHE,以N=7为例给出四组解,然后进一步研究1/2周期对称下的解,从理论上证明可以存在无数组解,进一步将其分为两种不同的类型。分析和比较了1/4周期对称解和1/2周期对称解的区别和联系,以及不同类型的解在谐波特性方面的差异,并通过实验进行了验证。

三电平ANPC逆变器中点电压平衡和开关损耗减小的SVM控制策略

有源中点钳位型拓扑通过选择冗余开关状态和不同的电流通路能够有效控制器件的损耗平衡。论文对三电平有源中点钳位型逆变器中点电压平衡和开关损耗减少的控制策略进行研究,提出一种中点电压平衡和减小损耗的三电平空间矢量调制方法。将虚拟中矢量重新定义,新的虚拟中矢量由原中矢量和邻近的两对小矢量合成,因此参考矢量在空间矢量图的任何区域都有两个成对的正负小矢量参与合成,其中一个优先用于控制中点电压的平衡,另外一个可以用于其他控制目标。在每个开关周期内根据中点电压波动和开关序列选择合适的小矢量,在控制中点电压平衡的基础上有效地减小了器件的开关损耗。最后搭建三电平ANPC逆变器仿真和实验平台对提出的控制策略进行验证,实验结果表明了控制策略的有效性。

动态搜索调节调制波偏置的SPWM三电平逆变器中点电压平衡控制方法

为解决三电平逆变器中点电压不平衡问题,提出了一种动态搜索调节调置波偏置量(DSMO)的正弦脉宽调制(SPWM)方法。该方法通过采样中点电压,根据调制比、输出电流的幅值、输出功率因数角在线计算出调制波偏置调节系数的限值范围,搜索到最优的调节系数,实现动态调节调制波的偏置量,达到不同负载条件下的中点电压平衡控制的目的。与变载波幅值的方法相比,所提方法的动态调节速度快、稳态误差小,输出波形质量得到提高。仿真验证了理论分析的正确性,最后在基于DSP-CPLD的二极管中点箝位型三电平逆变器实验平台上验证了该方法的可行性和有效性。

一种降低三电平逆变器开关损耗的PWM方法

在多电平变换器中,开关损耗影响电力电子器件潜能的发挥。在分析三电平逆变器空间矢量合成和开关损耗成因的基础上,提出一种用在三电平逆变器中能针对不同负载降低开关损耗的PWM方法,它根据负载功率因数cosθ,通过调整零序分量实现。当cosθ≥(3^(1/2)/2时,可使开关不动作范围位于负载电流峰值处,从而有效降低开关损耗;当cosθ<3^(1/2)/2时,降低开关损耗效果有所降低。这种降低开关损耗的PWM方法简单易于实现。仿真结果验证了方法的可行性。

基于开关电感的增强型Z源三电平逆变器

分析了基于空间矢量脉宽调制(SVPWM)的常规单z源三电平中点钳位(NPC)逆变器的升压能力,指出若直通矢量作用时间不超过某一有效矢量的作用时间,则逆变器的电压增益最大值仅为1.15,不具备升压能力。对SVPWM方法作出修改,使电压增益与z源两电平逆变器的相同。为了进一步提高升压能力,提出一种增强型z源网络,直流母线的正端和负端各引入1个开关电感(SL)单元,不仅提高电压增益,而且在相同电压增益的条件下降低了在z源网络电容的电压应力,还能实现中点电位平衡。在此基础上又提出了升压能力更强的多单元开关电感增强型z源网络。仿真结果表明,改进SVPWM方法和新型拓扑对提高z源三电平NPC逆变器的升压能力十分有效。

新型半桥电流源串联谐振软开关三电平逆变器及其控制

提出了一种新型半桥电流源型串联谐振零电流三电平逆变器。该逆变器由三电平桥臂、串联谐振槽、双副边高频隔离变压器、共发射极周波变换器及输出滤波电容组成,开关管电压应力为输入电压的一半,可实现全程零电流软开关。分析了系统开关与能量交换的过程,并对每个开关过程能量传递方式进行了讨论。根据四象限工作要求设计了逻辑组合驱动信号,实现了系统在阻性负载、感性负载、空载模式下的控制。在对电路详细分析的基础上,已经制作样机一台,并通过实验验证了理论分析的正确性。

三相六开关三电平光伏逆变器漏电流抑制

以三相六开关三电平光伏逆变器为研究对象,分析电路工作原理,建立系统共模回路模型,对系统共模特性进行研究,并提出调制策略,在实现系统输出电压三电平的同时,系统共模电压保持恒定,从而实现漏电流的有效抑制。此外,对电感绕组电流断续引起的问题进行分析并提出相应的解决方案。最后在TMS320F28335 DSP+XC3S400 FPGA数字控制硬件实验平台上对提出方案进行实验,结果验证了提出方案的有效性。

一种基于三电平逆变器拓扑的串联谐振软开关CCPS

介绍了一种基于三电平逆变器拓扑结构的串联谐振软开关的电容器充电电源(CCPS),它的工作模式有全电压模式(FVM)和半电压模式(HVM)两种。可用于变速率充电,或用于要求充电精度更高的场合。

开关电感Z源三电平中点钳位逆变器的研究

Z源三电平中点钳位逆变器有效地结合了Z源网络的开关电感特性和三电平逆变器的特点,但升压能力有限。针对这一问题,文章提出了开关电感Z源三电平中点钳位逆变器。新逆变器通过改进电路拓扑获得了更强的升压能力,能显著提高系统的输出电压。文章采用改进载波同相层叠调制法控制开关管的工作,该方法简单、可靠、易于实现。仿真结果验证了新拓扑的可行性及有效性。

基于动态空间矢量的三电平逆变器不连续调制策略

针对不连续调制策略下二极管钳位式三电平逆变器中点电位波动难以抑制的问题,提出一种动态空间矢量不连续调制策略。该策略通过实时检测逆变器上下电容电压,生成动态空间矢量,进而精确合成参考矢量,有效降低中点电位波动带来的输出波形畸变。采用基于gh坐标系及奇偶扇区转换的方法,避免空间矢量动态化带来的调制算法复杂度问题。为消除中点电位偏移,提出实时切换对中点电位具有相反作用的开关矢量序列的方法。最后给出基于误差电流矢量的调制策略评价方法,从理论上验证了所提的动态空间矢量调制的优势。仿真和实验结果进一步验证了本文所提方法的有效性。

NPC三电平逆变器目标合成固定开关频率MPC

为规避有限集模型预测控制(MPC)开关频率随机的问题,设计了一种目标合成固定开关频率优化MPC方案。中点箝位(NPC)三电平逆变器对开关损耗敏感,而传统有限集MPC无法保证低开关频率,因而新方案将调制糅合进入MPC,并将控制目标合成优化,从而实现了恒频和计算效率优化,同时还保持了有限集MPC的所有优点,如快速动态响应、非线性约束以及多变量控制等。利用5 kW原理样机开展了实验,实验结果表明所设计的固定开关频率MPC具有较好的动静态性能,并网电流总谐波畸变率(THD)小于2%。