不对称级联九电平逆变器线性功率均衡控制策略

三单元不对称级联逆变器通常采用传统混合调制策略控制,但该策略下逆变器存在单元间输出功率不均衡以及低压单元开关损耗分配不均的问题,同时由于高低压单元之间输出电压极性不同时会出现电流倒灌,导致逆变器直流侧电压难以维持稳定,影响输出电压波形质量。针对上述问题,该文提出基于功率元重组的混合功率均衡调制策略,该策略对逆变器高压单元采用低频方波调制,在控制单元输出功率大小的同时可以降低开关损耗,而对于低压单元,所提策略结合载波移幅调制和载波移相调制策略对其功率元进行分析重组,使逆变器在输出高质量电压波形的同时实现单元间输出功率的线性均衡和低压单元间开关损耗的均匀分配。最后进行仿真和实验验证。

一种不对称级联H桥多电平逆变器通用的线性功率均衡方案

不对称级联H桥多电平逆变器由于级联各个单元的直流侧电源电压不同,出现级联单元之间功率分配不均衡问题,为此提出一种通用的线性功率均衡调制方案。功率均衡调制方案对高压单元导通角进行约束,对低压单元的载波进行纵向循环重构,实现了各个级联单元直流侧电源电压不同的情况下,使得逆变器可以在全调制度下保持各级联单元输出功率均衡的效果。并且在拓扑结构增加级联单元数时,调制策略也展现出优秀的通用性。同时该方案对低压单元进行的载波重构还能够使得各低压单元的开关管损耗保持一致,使各个H桥的开关管具有更为接近的温升,有利于逆变器选择合适的散热器。最后通过仿真与实验证明了方案的有效性。

单相光伏级联多电平逆变器漏电流抑制与功率均衡控制综述

单相级联多电平逆变器(CMI)因其可实现组件级最大功率点跟踪(MPPT)、组件可关断、多电平输出电压谐波含量低、集优化器与并网逆变器为一体的结构等优势,近年来在光伏并网系统的研究领域受到关注。以单相非隔离型独立直流母线结构的光伏级联多电平逆变器(PV-CMI)为研究对象,针对其存在的两个问题进行综述:一是因缺少隔离环节可能导致的漏电流问题:二是单相PV-CMI各单元间相互独立的直流光伏输入可能导致的功率不均衡问题。这两个问题对单相PVCMI的安全稳定运行造成了威胁,从而极大地限制了单相PV-CMI的推广和应用。文中分析了单相PV-CMI的基本原理和拓扑特点,分别就其漏电流与光伏功率不均衡两大关键问题,综述现有的研究方案并进行了总结。最后,展望了PV-CMI未来的发展趋势及其存在的技术挑战,为后续研究提供了参考。

一种级联H桥多电平逆变器故障诊断方法

为了诊断级联H桥多电平逆变器的开关管开路故障,提出一种基于载波层叠调制(LSPWM)技术的故障诊断方法,直接对H桥输出电压、负载电流和驱动信号的输出特性曲线进行分析。当部分驱动信号断开后,相应的电流和电压出现部分缺失和波动,从而推出故障情况下三者之间的对应关系。依据调制波和负载电流的方向,将系统运行分为4种工作模式,并在特定模式下诊断故障。对故障情况下负载电流过零处的特性曲线进行分析,用以识别H桥中对角开关故障。与现有方法相比,该方法扩展基于LSPWM下的故障范围为双管故障,诊断逻辑易于理解且不需要添加额外的硬件电路。通过仿真证明了所提故障诊断方法的正确性和有效性。

基于矩形区域分类的NPC型H桥级联五电平逆变器简化模型预测电压控制

为进一步提高中点电压钳制(neutral point clamped,NPC)H桥级联五电平逆变器的动态响应、降低控制器计算负担的同时确保装置低损耗运行,文中在电压矢量矩形区域分类的基础上,提出一种以满足动态响应和降低开关损耗为目标的两级优化模型预测电压控制策略。首先根据逆变器数学模型和期望电流进行目标电压矢量计算、修正,接着基于矩形区域分类对目标电压矢量进行定位;并以定位后的候选矢量为基础,设计了两级优化目标函数以输出满足要求的最优矢量。仿真和实验结果验证了该方法的有效性,与空间矢量脉宽调制以及传统模型预测电流、电压控制策略相比,该文所研究的两级优化模型预测电压控制策略,在确保逆变器动态响应的前提下既能降低控制器计算负担,还能有效减少器件开关损耗。

一种新型混合级联不对称多电平逆变器

提出一种新型混合级联不对称多电平逆变器,这种多电平逆变器由多个不对称四电平逆变器级联在一起构成,输出电压由其级联单元的输出叠加而成。相对于传统的级联多电平拓扑,在得到相同输出电平的情况下,该拓扑需要较少的开关器件,因此可以简化电路结构。但是该拓扑需要特定的独立直流电源。实验室构建了一台单相混合级联不对称七电平逆变器,并采用消谐波混合不对称调制方法对其进行控制,最后通过仿真和实验进行验证。

基于不对称级联型多电平逆变器的动态电压恢复器研究

提出了一种基于不对称级联型多电平逆变器(ACMI)的动态电压恢复器(DVR)及其控制策略。该DVR在结构上采用不对称级联型多电平逆变器,易于实现装置的大容量化;控制策略上先采用跌落前电压补偿法,然后平缓过渡到同相位电压补偿法,在这种控制策略下,系统电压发生幅值和相位跳变时,能够保证负载电压平滑无突变,减小了对相位突变敏感负荷的影响,补偿效果接近跌落前电压补偿法,而所需补偿的能量与同相位电压补偿法接近。Matlab仿真试验验证了该系统结构和控制策略的实用性、有效性。

新型混合级联多电平逆变器拓扑及调制策略

为解决现有非对称级联多电平逆变器存在低压单元电流倒灌和输出电平数少的问题,提出一种基于开关电容电路的混合级联多电平逆变器。首先,在两单元非对称级联H桥型逆变器的低压单元中嵌入一个开关电容电路,有效避免了低压单元电流倒灌,且输出电平数得以增加。然后,为减少所提方案应用于三相系统时所需直流电源的数量,提出了用三电平中点箝位型或T型逆变器电路作为高压单元的三相混合级联多电平逆变器拓扑。之后,针对所提逆变器拓扑的特性,提出了含有移相载波和层叠载波的混合调制策略,在满足逆变器输出高质量正弦脉宽调制电压波形的同时,有效减小了开关电容电压纹波和开关器件的切换频率及开关应力。最后,通过实验验证了所提混合级联多电平逆变器拓扑及调制策略的可行性。

基于区间信号提取的Ⅱ型不对称级联逆变器新型PWM调制策略

与传统对称级联逆变电桥(cascaded H-inverter bridge,CHB)逆变器拓扑相比,Ⅱ型不对称CHB多电平逆变器的直流电压按2i的指数规律分配,具有以更少级联单元输出更多电平的优势。但在传统调制策略下,会出现电流倒灌问题,为此提出一种基于区间信号提取的新型脉宽调制(pulse width modulation,PWM)策略,通过原始脉冲信号与提取的区间信号逻辑组合的方式彻底解决所有Ⅱ型不对称拓扑电流倒灌的问题,同时还能保证输出电压的波形质量。最后以直流侧电压比为1:2:4和1:2:4:8两种不同的Ⅱ型级联拓扑为例,通过搭建仿真模型和实验平台验证了所提方案的正确性和可行性。

非对称优化脉宽组合调制H-桥级联多电平逆变器的选择性谐波控制(英文)

本文提出了一种改进型非对称优化脉宽调制方法,其目的是减少求解相对于常规非对称优化控制方法的方程模型计算量。提出的优化脉冲波形由一种非对称优化波形和众所周知的选择性谐波消除法SHE的优化脉冲波形组合而成,建立了超越方程的数学模型,运用SHE方法的完全解作为经验初值,采用牛顿迭代法获得了关于开关角方程组的求解结果,特别的是,举例给出了该方法对特定5次谐波调幅调相的控制范围,并给出了对五次谐波进行调幅调相控制的三维开关角的解轨迹图。最后采用仿真试验,运用FFT分析方法验证了该方法控制级联H-桥多电平逆变器线电压输出的选择性谐波控制的有效性。

新型不对称多电平逆变器拓扑及其调制策略

传统多电平逆变器应用在高电压等级场合时,所需要的电源以及开关管的数量较大,拓扑结构也较为复杂。针对以上问题,提出一种新型的不对称多电平逆变器拓扑,该拓扑使用了3个不对称的独立电源。与传统的拓扑对比,输出十五电平电压条件下,该拓扑使用开关管器件数量较少,简化了拓扑结构,同时降低了实际成本。采用一种改进的载波移幅调制策略调制该新型不对称拓扑结构,使其能够正常地输出十五电平电压波形,该方法保留载波移幅调制的方法简单且谐波含量少的优点,同时也减少了载波数量的使用。最后对所提拓扑结构及其调制策略进行了仿真分析和实验验证,结果表明了拓扑结构及调制策略的正确性、可行性和优良的动态性能。

基于不对称级联逆变器的串联混合有源电力滤波器

提出了一种基于不对称级联多电平逆变器(ACMI)的串联混合有源电力滤波器(SHAPF)及其控制策略。其中,ACMI的各单元逆变器的输出额定电压呈3的幂次方增长,N个单元逆变器的级联可以输出3N电平的阶梯波电压。该SHAPF的串联有源部分被控制为一个幅值由负荷电压基波有效值偏差确定、相位与线路终端电压基波正序分量相同的基波正弦电流源,用同一个装置和同一套控制策略可以实现电源电压扰动(包括谐波、电压降落和不对称等)隔离、负荷谐波电流补偿、负荷节点电压基波幅值调整、线路终端功率因数调整和故障电流限制等功能。与传统SHAPF相比,该SHAPF具有功能多、控制简单、补偿效果好以及其串联有源部分开关损耗小和易于实现大容量化等优点。数学推导和仿真分析验证了该SHAPF及其控制策略的正确性和有效性。

级联型NPC-HB多电平逆变器功率均衡控制策略研究

针对级联型中点钳位全桥(neutral point clamped H-bridge,NPC-HB)多电平逆变器模块间存在功率不均衡的问题,通过详细分析传统基于载波层叠调制策略下模块输出功率与输出电压基波有效值之间的定量关系,提出一种改进型混合调制策略。该策略将载波层叠和移相相结合,不仅能够保证各个模块输出功率的均衡,而且可提高输出电压的等效开关频率,进而有效地降低输出滤波器的体积和成本。文中对模块间功率分布情况以及模块内部各个器件损耗分布情况进行分析,并搭建含两个级联NPC-HB九电平模块的实验样机。实验结果表明该调制策略能够有效解决级联系统中各功率模块之间的功率均衡问题。

级联多电平逆变器输出电压和电流采集方案研究与应用

模块化多电平逆变器因具有调制算法成熟、输出电压谐波特性好、电压变化率低以及在模块单元故障下继续维持工作等优点,使其在大功率高压逆变器中得到广泛的应用。首先分析了传统级联多电平高电压和大电流检测方案在实际应用中的缺点和可能给检测装置带来亚健康的隐患,然后提出级联多电平逆变器输出电压和输出电流检测方案,最后在所提方案的基础上详细设计了电压检测和电流检测电路的各项参数,并将该电路原理图应用在H桥单元级联多电平中间包感应加热电源上进行输出电压和电流参数检测试验验证。试验结果表明所提的电压检测和电流检测方案可以满足级联多电平逆变器输出参数检测的各项性能要求。

级联不对称五电平逆变器电容值分析

相对于其他大多数对称拓扑结构的逆变器而言,级联不对称五电平逆变器在生成五电平的同时,开关状态减少至对称拓扑结构逆变器的二分之一,并且降低了钳位电容和二极管的使用数量,此外,母线电容中点电压也可以实现自平衡。文中基于级联不对称五电平逆变器的拓扑结构,分析了在载波移相PWM调制策略下直流母线电容和悬浮电容的取值问题,并对该拓扑结构进行仿真分析。仿真结果表明,该拓扑结构开关函数简单易于控制,母线电容电压基本保持稳定且能够实现自平衡。选取适当的母线电容值以及悬浮电容值能够非常有效地减小输出的谐波分量,并提高电容的利用率。

基于不对称结构的级联五开关多电平逆变器

为了提高级联H桥和五开关级联多电平逆变器的电平数,并减少开关器件和直流电源的数量,提出了一种不对称的级联五开关逆变器拓扑结构。该逆变器由2个不对称六电平逆变器反向级联而成,输出电压可达15电平。在相同的输出电平数下,该逆变器拓扑结构比传统级联H桥多电平逆变器减少了1个直流电源和18个开关器件。给出了相应基于正负反向层叠的调制方法,通过将输出电压波形与目标波形进行比照,对PWM脉冲信号进行逻辑组合得到开关管的驱动信号。最后通过MATLAB2016/Simulink软件搭建仿真平台进行验证,结果证明了所提逆变器拓扑结构及其控制策略的正确性及可行性。

一种基于变压器的新型九电平逆变器

针对光伏并网逆变器,传统拓扑结构常采用先升压再逆变的结构,造成效率进一步提升受到限制且输出电压电平数较少。对此,提出了一种基于变压器的新型单相九电平逆变器。首先,详细地分析了所提逆变器的拓扑结构,并给出了各开关管在正、负半周期内的开关状态。为了突出所提拓扑的优势,将之与其他类似的九电平逆变器进行对比。同时,为使所提逆变器性能最优,将电平合成脉宽调制(LSPWM)技术应用至该逆变器。此外,还给出了具体的级联方案,使得所提拓扑可以通过级联的方式来提高逆变器的输出电压,亦或是增加输出电压电平的数量。最后,搭建样机并进行了实验,实验结果充分证明了理论分析的正确性以及该方案的可行性。

基于相移级联多电平逆变器的STATCOM研究

针对目前静态同步补偿器(STATCOM)存在的问题,提出了将级联多电平逆变器作为STATCOM的主拓扑,运用相移SPWM(PSSPWM)调制的解决方案,详细阐述了其工作原理和控制方法。MATLAB的仿真结果表明,它既能省去庞大笨重的变压器,减小功耗;还可以成倍提高等效载波频率,降低输出谐波含量,使级联逆变器拓扑成为STATCOM的首选。

新型三相混合不对称九电平逆变器研究

该文提出了一种混合不对称三相九电平逆变器,这种新型的多电平逆变器将不对称五电平逆变器与传统的两电平全桥逆变器级联在一起而获得的。该文对这种逆变器进行了分析,提出了一种新型混合不对称调制方法,并对单相中每个模块的输出电压的频谱和不对称五电平模块的直流母线电容电压不平衡问题进行了分析。文中进行了瞬时反馈数字控制器的设计,最后给出仿真分析和实验验证结果。

采用波形合成法的级联型多电平逆变器谐波控制

为改善级联型多电平逆变器输出电压波形质量,对通过控制逆变单元开关角实现级联多电平逆变器谐波控制的方法进行了分析研究。针对解方程组法消除特定谐波中高次多变量方程组难于求解的问题,提出了一种波形合成消除特定谐波的方法。利用此方法可通过简单的三角公式递推计算获得实现特定谐波消除的开关角。依据理论计算结果进行的例证演示列出了开关角所有可能的取值情况,说明通过逆变器开关角的选择可同时实现输出电压中特定谐波的消除及基波幅值的调节。仿真与实验结果验证了该方法的可行性。