基于优化虚拟矢量的三电平逆变器中点电位平衡闭环控制

通过对二极管钳位型逆变器中点电位不平衡引起的直流侧电容电压振荡、功率器件电压应力增加及输出电压谐波等问题的分析,提出一种基于优化虚拟空间矢量的三电平逆变器中点电位平衡闭环控制方案,通过构建包含优化因子的最近三虚拟空间矢量模型合成参考空间矢量,根据中点电压实时反馈量对其进行优化,减少输出电压的谐波及失真,同时引入中点电位的不平衡量,计算出各优化虚拟空间矢量作用时间的补偿量,并利用对负载位移角的在线估计实现系统闭环控制。仿真与实验结果表明本方案具有良好的多电平逆变器中点电位平衡控制性能,有效降低了直流侧电容波动。

T型三电平逆变器中点电位平衡电路及控制

直流母线电压中点电位不平衡是T型三电平逆变器的拓扑结构造成的固有问题。这里从T型三电平逆变器的拓扑结构出发,分析了空间矢量脉宽调制(SVPWM)中大、中和小矢量对中点电位不平衡的影响,针对中点电位不平衡,在电源侧并联一个半桥模块且中点与母线中点串联电感的平衡电路,然后对平衡电路被控对象进行建模与分析,推导出中点电压平衡控制框图,通过对上、下电容进行充放电控制,控制中点电位达到平衡,最后,搭建了T型三电平逆变器实验平台,进行了仿真和实验验证,实验结果验证了所提平衡电路和控制的有效性和可行性。

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。

基于冗余矢量的T型三电平双向变换器中点电位平衡模型预测控制

T型三电平双向变换器因其具有损耗小、输出电能质量高等优势适合应用于低压交直流混合配电网互联等场景。针对T型三电平双向变换器存在直流侧中点电位不平衡等问题,模型预测控制因其易于实现多目标优化的特点具有良好的应用价值。为了解决传统有限集模型预测控制(FCS-MPC)权重因子整定困难,中点电位控制效果不佳的问题,提出一种基于冗余矢量的中点电位平衡模型预测控制,利用冗余小矢量的特性实现对中点电位平衡的控制,避免了权重因子的选择。在此基础上,利用代价函数计算矢量的作用时间并预测输出最优开关序列,提升系统的稳态性能。最后,通过实验测试验证了所提策略的有效性。

混合型五电平变流器中点电位平衡控制策略

有源中点箝位五电平变流器(5L-ANPC)由于其具有的固有特点,可实现混合型5L-ANPC拓扑结构,因此可利用GaN与Si器件的特性。针对其中点电位需进行主动调节的问题,提出一种基于PI的混合中点电位闭环控制方法,所提算法通过PI调节实现直流侧支撑电容电压动态稳定。最后通过一个2 kW单相变流器验证了中点电位平衡控制策略的有效性,建立了混合型5L-ANPC的损耗模型,同时对混合型拓扑的效率进行了分析。

基于电网不平衡的三相Vienna整流器双闭环控制策略

传统的有限集预测功率控制应用在Vienna整流器时,在电网不平衡条件下输入电流将产生大量的三次谐波,严重影响Vienna整流器的正常工作。提出了一种基于电网不平衡的三相Vienna整流器双闭环控制策略,内环采用新型有限集预测功率控制(new-finite control set-model predictive direct power control,N-FCS-MPDPC),外环采用线性自抗扰控制(linear auto disturbance rejection control,LADRC)。通过引入重新定义的无功功率,使得在电网不平衡时能够同时有效控制瞬时有功功率二次谐波和瞬时无功功率二次谐波,实现了Vienna整流器在电网不平衡条件下的正常工作。电压外环采用线性自抗扰控制,还可以克服PI控制存在的电压超调和动态响应慢的问题;同时,其在电网不平衡条件下也具有较好的鲁棒性和较快的跟踪性能。最后,在Simulink中搭建了三相Vienna整流器的仿真模型,对所提控制算法进行了验证。

一种用于平衡三电平逆变器中点电位的滞环控制+精确控制策略研究

中点电位不平衡是二极管中点箝位(NPC)型三电平逆变器存在的固有问题,在学术及工程实践中受到了广泛关注。中点电位平衡控制方法可以分为两大类,硬件和软件方法,基于硬件的控制方法主要是依靠外部电路调整,一般通过Boost和Buck等电路对电容进行充放电来调节中点电位以达到平衡,因而增加了整个逆变器的成本。在深入分析引起中点电位不平衡因素的基础上介绍了一种提高中点电位鲁棒性的滞环控制+精确控制策略。该控制策略将滞环控制与精确控制方法相结合,设置一定的环宽作为两种算法的切换条件,超出设定环宽使用滞环控制,在环宽内使用精确控制方法。进行了仿真和实验验证,结果证明该方法解决了滞环控制粗略、存在控制盲区并且控制效果受功率因数影响大的问题,同时弥补了精确控制中当中点电压发生偏移以后不具备将中点电位拉回平衡点的能力。有效地抑制中点电位波动,提高中点电位控制的鲁棒性。

基于SHEPWM电压矢量寻优的中点电位平衡控制算法

随着中高压大功率逆变器的快速发展,降低开关损耗、提高系统效率越来越受到重视,而降低开关损耗最常见的方法就是降低开关频率。降低功率器件的开关频率会导致输出电能的谐波特性变差,应用特定谐波消除脉宽调制(specific harmonic elimination pulse width modulation,SHEPWM)在低开关频率下能够保证良好的谐波性能,但中点钳位型(neutral point clamped,NPC)三电平逆变器在SHEPWM应用下存在固有的中点电位不平衡问题,需要进行中点电位主动平衡控制。为了保持SHEPWM良好的谐波特性和低开关频率特点,现有的开关角修正法和冗余小矢量法的中点电位控制能力较弱。针对两种传统中点电位控制算法的不足,提出了一种基于SHEPWM电压矢量寻优的中点电位平衡控制算法。通过建立中点电位代价函数,遍历电压矢量,同时实现了开关状态和作用时间的在线修正,加快了中点电位平衡速度。实验结果表明,在相同的冗余小矢量切换限制次数和开关角修正值下,电压矢量寻优法的中点电位平衡时间最短。所提出的算法兼顾了开关频率和平衡时间等因素,相较于两种传统平衡算法的单独应用具有更快的平衡速度。

三相Vienna整流器单闭环及中点电位平衡控制策略

为降低Vienna整流器的生产成本,提高控制算法的工作效率,设计了基于无电流传感器的单闭环控制策略.针对Vienna整流器的中点电位波动和传统三电平空间矢量调制(SVPWM)计算繁琐的问题,引入一种基于载波调制的简化等效SVPWM技术,主要是通过在零序分量中加入平衡因子来控制中点电位平衡.单闭环控制算法和等效SVPWM相结合大大简化了控制系统的设计过程,提高了整个控制系统的工作效率.最后通过实验验证了该控制算法的正确性和高效性.

I型三电平PCS中点电位平衡控制技术

针对I型三电平储能变流器(PCS)固有存在的中点电位不平衡问题,基于空间矢量调制方式分析了中点电位不平衡原理,提出结合七段式和五段式的混合调制策略。在中点电位偏移较大时,采用带可变平衡因子的七段式空间矢量脉宽调制(SVPWM),迅速调节中点电位;在中点电位偏移较小时,采用大电流不开关五段式SVPWM,有效减少开关管开关次数,降低损耗。搭建1台12 kW PCS样机,实验结果表明,所提混合调制策略相较于传统七段式调制策略,中点电位偏移以及波动降低,且样机效率提升了约0.3%。同时,验证了所提混合调制策略的正确性和有效性。

闭环控制的空间矢量调制简化算法与中点平衡

为提高大容量三电平逆变器并网可靠性,利用闭环控制方案验证60°坐标系下无需大量三角函数运算的SVPWM简化算法的可行性。采用动态调整冗余正负小矢量作用时间方法实现中点电位平衡控制,运用Matlab软件对构建NPC三电平SVPWM闭环控制模型进行仿真。结果表明:SVPWM简化算法执行效率高、节约处理器资源,逆变器输出电压、电流波形正弦度较好,LCL滤波后电流谐波总畸变率仅为3.66%且中点电压偏移浮动小。该方案验证了三电平SVPWM算法及中点平衡控制策略的可行性和有效性。

一种三电平NPC变换器中点电位平衡控制策略

本文以传统三电平NPC变换器为对象,分析了三电平NPC变换器直流侧中点电位不平衡的原因,研究了调制模式对三电平NPC变换器直流侧中点电位的影响,确定了通过改变偏移量P的大小来改变三电平NPC变换器的调制模式,进而达到直流侧中点电位平衡的方法。搭建了系统仿真模型,并对仿真结果进行分析。

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。

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。

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。

Vienna整流器滑模直接功率及中点电位平衡控制策略

根据Vienna整流器的工作原理,建立基于开关函数的功率数学模型,在此基础上设计新型滑模直接功率控制策略,详细推导该控制算法,并给出具体设计过程;另外针对Vienna整流器存在中点电位波动和传统空间矢量调制计算繁琐等问题,提出基于载波调制的等效空间矢量调制算法,通过在载波调制中加入零序分量来等效空间矢量调制策略,同时在零序分量中加入平衡因子来控制中点电位平衡。滑模直接功率算法与等效空间矢量调制技术相结合可以实现开关定频和中点电位平衡,同时降低开关损耗,使Vienna整流器工作在近似单位功率因数下。最后搭建实验平台进行实验验证,结果表明:基于新型滑模直接功率控制策略和等效空间矢量调制算法相结合的Vienna整流器具有较好的鲁棒性和动态性能。

基于精细分区控制的三电平逆变器中点电位平衡策略

针对中点钳位型(NPC)三电平逆变器中点电位波动问题,在三矢量四状态合成方法的基础上,提出一种精细分区控制的中点电位平衡策略。在低调制度下,对占空比分配因子进行限幅,尽量控制中点电流为零。在高调制度下,通过对比最值电流法和分配因子法分区结果的不同,将工作区域划分为可控区域(CI)、不可控区域(UI)和存疑区域(DI),并对DI区域按中点电流控制效果进行归属判定,在不增加开关频率的情况下,尽可能将中点电流的绝对值控制为最小,实现减小中点电位波动的目的。仿真和实验结果验证了所提策略在降低开关频率的同时,可有效抑制中点电位的波动。

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。

三电平有源电力滤波器谐波电流及中点电位平衡控制

针对三电平有源电力滤波器,在建立其小信号数学模型的基础上,提出一种考虑输出补偿电流的改进型预测电流跟踪控制策略。同时,为控制三电平直流侧中点电位不平衡,提出一种基于平衡因子的中点电位平衡控制策略。为验证所提控制策略的正确性,搭建了三电平有源电力滤波器实验平台,实验结果验证了改进型预测电流和中点电位平衡控制策略的有效性与可行性。

Z源三电平中点钳位逆变器中点电位平衡控制方法

针对Z源三电平中点钳位逆变器,分析直通状态对逆变器中线电流的影响,结果表明,直通状态的注入不会引起中点电位失衡,据此研究一种基于载波调制的中点电位平衡控制方法。该方法利用双调制波理论消除中点电位的低频振荡,但由于双调制波技术无法消除中点电位的直流偏移,故提出对直通占空比进行前馈补偿以抑制此类失衡。该补偿方式不会产生额外的开关动作,因此不会增加逆变器的开关损耗。仿真及实验结果均证实了所提出的中点电位平衡控制方法的有效性。