新型直驱风电系统中3L-NPC变流器中点平衡控制的研究

提出一种基于多相永磁同步发电机和二极管中点箝位三电平变流器构成的风电变换系统,并着重研究其中三电平变流器的中点平衡控制问题。通过比较现有各种不同平衡控制策略的谐波和损耗性能,提出新的解决方案。推荐的全功率变流器拓扑,通过三电平变流器的并联和串联组合及功率均衡控制,不仅可分摊发电机的功率,而且可自动抵消电容中点的低频脉动及直流漂移,谐波和损耗性能不受影响。最后,通过实验验证了新方案的有效性。

T型三电平逆变器无差拍电流预测和中点平衡控制方法

根据T型三电平逆变器的特点,提出一种新型无差拍预测控制方法。和传统无差拍方法相比,该方法能够提高电流跟踪的速度和精度,在相同开关频率下可使输出并网电流畸变减少。为了进一步解决T型三电平逆变器固有的中点不平衡问题,提出一种新型SVPWM调制策略实现中点平衡控制。在分析T型三电平逆变器模型的基础上,根据上侧电容和下侧电容电压的差值,通过增加或者减少小矢量作用时间实现中点电位平衡控制。实验结果验证了所提出的新型无差拍控制和SVPWM调制策略可以同时实现并网电流快速跟踪和中点平衡控制问题。

基于双3L-NPC开绕组电机反电动势谐波电压下中点平衡控制

主要对双中点嵌位式三电平(3L-NPC)开绕组电机在反电动势谐波电压存在下机侧变流器中点平衡控制展开研究。首先建立了开绕组永磁同步电机的数学模型,通过PR调节器实现对电机反电动势谐波幅值和相位观测,使变流器调制波叠加同样幅值相位的零序分量进行零序电流抑制。补偿零序电压注入后改变了原有变流器调制波的正负关系,通过讨论叠加补偿电压后两组变流器调制波的工作范围,实现了基于反电动势谐波下的共直流母线中点电位平衡控制。最后完成了不同调制度、功率因数和反电动势谐波电压下的中点电位控制能力分析,仿真和实验结果验证了理论的正确性。

基于优化空间矢量脉宽调制算法的变频器中点平衡控制

分析了二极管中点嵌位型(NPC)三电平变频器中点不平衡的机理及危害。通过优化三电平空间矢量脉宽调制算法,利用正负小矢量对中点电位的不同影响,采用一种通过控制正负小矢量作用时间来控制中点平衡的算法。利用MATLAB/Simulink仿真软件对该中点平衡算法进行了仿真,并在实验室条件下搭建了NPC三电平变频器试验电路,采用TMS3202812数字信号处理器实现了控制算法。仿真分析和实际试验都验证了所采用的控制方法的有效性,取得了较好的抑制中点电位偏移的效果。

三电平DPWM光伏逆变器的中点平衡控制

传统中点平衡控制方法运用在三电平DPWM(discontinuous pulse-width modulation)逆变器中会打乱DPWM的箝位区域,从而使DPWM策略失效。针对该问题提出了一种新的中点平衡控制方法。此方法在中点电位波动大于正限值时将距离负电平最近的一相箝位于负电平,在小于负限值时将距离正电平最近的一相箝位于正电平,由此推算出调中点电位时刻应注入调制波的零序电压分量。搭建Simulink模型及由DSP控制器和Q8构成的半实物仿真实验平台,对所提算法分别进行了离线仿真及硬件在环(hardware-in-the-loop,HIL)仿真实验,证明了所提算法的可行性及有效性。此方法能简单有效地控制中点电位平衡,无需在每个载波周期都进行复杂的计算即可达到控制目的,同时能确保DPWM低开关损耗的特性。

三电平光伏并网逆变器两相调制中点平衡控制

针对NPC三电平三相光伏并网逆变器,提出了一种基于两相调制的中点电压平衡控制算法。建立了中点电流数学模型,总结了中点电压不平衡原因及其动态波动的固有机理,分析了两种两相调制方法对中点电压的影响,通过将中点电压反馈值与设定的滞环宽度上下限进行比较,来选择能够抑制中点电压产生静态偏移或动态波动的两相调制方法,从而实现对中点电压的有效控制。实验结果验证了所提两相调制中点平衡控制算法的正确性和有效性。

半桥三电平直流变换器的中点平衡控制方法

带箝位二极管的半桥三电平直流变换器主要用于高压输入场合,其初级功率管电压应力仅为直流母线电压的一半,不仅可以实现初级开关管的零电压开关(ZVS)开通,且能抑制次级整流桥的尖峰电压,有效提高了变换器效率。但实际平台中存在的驱动电路和开关管差异性也会带来输入侧上下分压电容不均压的中点平衡问题,从而导致初级功率管以及次级整流桥二极管电压应力不同,存在安全隐患。针对该问题,提出了一种中点平衡的数字控制方法,在单载波、双沿触发模式下通过修正调制波来调节正负半周期的占空比,实现输入分压电容的均压控制。最后试制了一台18 kW的实验样机,实验结果验证了该中点平衡控制方法的有效性。

基于SPWM的Z源三电平逆变器升压与中点平衡控制

Z源三电平逆变器通过注入直通状态可实现Z源三电平逆变器升压功能,但现有文献并没有考虑中点电位不平衡问题。为此,提出一种基于SPWM的方法来实现Z源三电平升压和中点平衡控制。首先通过注入直通状态实现升压控制,然后在此基础上,通过增加前馈改变直通占空比的方法实现了中点平衡控制。该方法不会增加Z源T型三电平逆变器的开关损耗,仿真和实验验证了所提方法的正确性。

基于零序电压注入的三电平中点电位平衡控制

中点电位不平衡是三电平逆变器的固有问题。针对此问题,基于零序电压注入原理,提出了一种中点电位平衡控制方法,给出了零序电压的选择原则。仿真及实验结果表明,该方法可以保证逆变器在多种状态时,中点电位都能得到有效控制,具有控制方法简单,鲁棒性强的特点。

三电平逆变器中点电位平衡控制的研究

中点电位不平衡是二极管钳位型三电平逆变器的固有问题,分析了造成三电平逆变器中点电位不平衡的原因,研究了注入零序分量实现中点电位平衡控制的SPWM方法,并且引入反馈结构加以改进。研究表明:在一个基波周期,注入6n倍次零序分量能够产生控制中点电位所需的中点电流直流分量,中点电位也得到了有效的控制。仿真结果验证了该控制方法的有效性。

基于零序电压注入的三电平NPC逆变器中点电位平衡控制方法

针对三电平中点箝位(NPC)逆变器的中点电位平衡控制问题,该文建立了基于零序电压注入的中点电位平衡控制模型,提出了所需注入零序电压的准确解析计算方法,并在此基础上提出了“预估-校验-修正”的实时控制算法。根据解析汁算结果,分析了中点电位平衡控制所受的限制,及由此决定的中点电位完全可控区域。针对6kV/1800kVA三电平调速系统的仿真结果表明所提算法是正确且有效的。

带中点电位平衡控制的Vienna整流器滞环电流控制方法

针对三相三电平Vienna整流器存在的固有中点电压波动问题,提出将直流侧中点电压偏差引入滞环电流闭环控制中,通过调节指令电流的直流偏移量实现直流侧中点电压平衡控制。结合等效电路分析了Vienna整流器滞环电流工作原理,设计了电压外环控制器,并给出了滞环宽度和中性点补偿系数的选取依据。最后搭建了一台Vienna整流器样机对该方案进行了验证,实验结果验证了该方案的可行性。

基于两类脉宽调制方式本质联系的三电平逆变器中点电压平衡控制的研究

为解决中点钳位式三电平逆变器中点电压波动问题,本文基于三电平逆变器空间矢量调制和三角载波调制两类调制方法的本质联系,提出了一种新的中点电压平衡控制方法。这种方法只需电容电压和负载三相电流信息,通过调整小矢量对的时间分配实现对中点电流的控制,控制算法简便易行,有利于计算机数字实现。仿真和实验研究结果证实了所提控制方法的有效性。

三电平NPC整流器控制及中点电位平衡控制技术

通过分析三电平中点箝位式整流器工作原理,建立了基于开关函数的三电平整流器的数学模型,提出了一种基于dq轴解耦的控制策略,对解耦后的电流以及电压进行双闭环控制系统设计,实现了有功电流和无功电流的无差调节以及直流侧电压的稳定。在简化三电平空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法的基础上,提出了一种根据三相输入电流和中点电位的波动,优化小矢量作用时间的组合控制策略,减小中点电位波动。最后通过实际系统实验,验证了整流器控制策略的正确性以及中点电位控制策略的优异性。

三电平NPC整流器空间矢量脉宽调制及中点电位平衡控制

为了减少开关损耗和避免不同区域矢量在扇区切换中发生突变,提出了一种最优的空间矢量脉宽调制算法,即所有输出矢量的首发矢量全部采用负小矢量。具体给出了参考电压矢量在矢量空间中具体位置的判定、相应的输出电压矢量作用顺序,推导了三角形顶点各开关矢量的作用时间以及脉冲的输出。基于检测到的三相输出电流、中点电流方向和直流侧电容电压,提出了利用冗余电压小矢量精确控制中点电位平衡的策略,并用实验结果验证了中点控制策略和调制算法的正确性。

带中点电位平衡控制的VIENNA整流器简化SVPWM双闭环控制

针对三电平VIENNA整流器存在的固有中点电压波动和传统SVPWM(空间矢量脉宽调制)计算繁琐的不足,将直流侧中点电压偏差引入到电压定向电流解耦闭环控制中,通过调节指令电流的直流偏移量实现直流侧中点电压平衡控制,并探索了一种基于两电平空间矢量平面的三电平SVPWM简化算法。结合等效电路分析了整流器工作原理,并给出了简化SVPWM占空比和中性点补偿系数选取依据。最后搭建了一台实验样机,实验结果验证了该方案的可行性和正确性。

三电平有源电力滤波器中点电位平衡控制

针对三电平有源电力滤波器(APP)中点电位不平衡的固有问题,根据其原理及拓扑结构建立了中点电位波动模型,通过对数学模型的理论分析,得出了控制和注入零序电压的方法。为了更好的使理论的方法进行离散化和数字化处理,并且应用到实际的三电平APF实验平台上,提出了"预估-校验-修正"的实时控制算法。实验结果表明,中点电位得到了有效控制,证明了方法正确有效。

一种新型三电平NPC变流器直流中点电压平衡控制策略

从两方面对现有三电平NPC变流器直流中点电压平衡控制策略进行分类,归纳了每类中点电压平衡控制策略的特点。根据各相开关状态对中点电流和输出线电压的影响,提出了一种适用于任何调制策略的新型中点电压平衡控制策略,与现有中点电压平衡控制策略相比,该策略具有原理简单、易于数字化实现的特点,但也存在开关损耗较大的不足之处,最后通过实验验证了文中提出方法的正确性和合理性。

计及中点电位平衡ANPC三电平逆变器容错控制

针对有源中点箝位型(ANPC)三电平逆变器开路故障容错控制以及容错运行时中点电位不平衡问题,基于自愈型ANPC(SF-ANPC)拓扑提出改进型拓扑结构,并根据直流侧等效数学模型提出一种基于扩张状态观测器(ESO)的容错运行时中点电位平衡控制策略。分析改进型ANPC拓扑逆变器在不同开路故障时的容错控制方案,由仿真和实验分析改进型ANPC拓扑逆变器的容错控制以及容错运行中点电位平衡控制效果。结果表明,该容错控制方案能够在逆变器故障容错控制后保证逆变器稳定工作,同时容错运行时中点电位波动得以控制,验证了改进型拓扑结构及容错控制策略的有效性和可行性,逆变器可靠性得到了提升。

有源箝位逆变器中点电压平衡控制研究

针对有源箝位三电平逆变器的特点,提出无差拍控制和新型载波调制方法,实现其电流快速跟踪控制和中点电位振荡抑制。而且,为了解决有源箝位三电平逆变器的开关损耗不均问题,提出一种载波输出方法,实现开关管损耗均衡控制。仿真和实验结果验证了提出新型无差拍控制和调制方法能够很好的跟踪给定电流、中点电位振荡和开关损耗均衡控制。