适用于中点钳位H桥五电平逆变器的快速SVPWM算法

针对传统多电平空间矢量脉宽调制技术(SVPWM)计算量大的问题,提出一种适用于中点钳位(NPC)H桥五电平逆变器的快速SVPWM算法。首先分析了传统五电平SVPWM算法复杂度高的本质原因。在分析五电平空间矢量图的基础上,提出了一种新型扇区分割方案,将五电平空间矢量图等效为4个两电平空间矢量图的组合。相较于传统五电平SVPWM算法,新算法应用两电平SVPWM的方法完成运算,从而大幅降低了在参考矢量位置判断和基本矢量作用时间计算部分的计算量。最后搭建了三相NPC/H桥型五电平逆变器原理样机,实验结果表明,新算法的程序运行时间仅为传统算法的55.27%,且输出电压效果保持了与传统算法相同的优越性。

基于IGCT的大功率五电平中点钳位/H桥变流器

将三电平中点钳位(NPC)交直交变流技术和H桥级联技术相结合的五电平NPC/H桥变流器可以实现更高等级的输出电压和容量。该文研究基于集成门极换向晶闸管(IGCT)的大功率五电平NPC/H桥变流器的主电路拓扑结构,并采用模块化结构设计方式减少了杂散参数。在变流器输出中低频时采用一种改进型载波层叠正弦脉宽调制(IPD-SPWM)方法,并提出一种解决低调制度时最小脉宽问题的方法。在变频器输出高频时采用特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)方法来减小输出电压的总谐波畸变率(THD),并给出计算的开关角度轨迹。实验结果验证了该文研制的变流器所采用的拓扑结构设计和调制方法的可行性,表明变流器达到了设计要求,具有良好的性能。

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H桥五电平有源中点钳位逆变器控制策略

保持母线中点电位和悬浮电容电压的稳定是H桥型五电平有源中点钳位型逆变器稳定工作的前提。针对上述问题,本文在载波层叠调制策略的基础上,分析不同开关状态对悬浮电容电压的影响,通过选择合适的冗余开关状态实现悬浮电容电压的稳定;对于母线中点电位平衡控制问题,提出了修正H桥左右桥臂参考波电压比例分配实现平衡控制,最后通过Matlab/Simulink仿真结果验证所提控制策略的有效性。

中点钳位型H桥级联单相逆变器新型空间矢量脉宽调制方法

通过对中点钳位型H桥级联单相逆变器开关状态分析,得到了27种有效开关矢量。提出一种适用于该拓扑结构的单相空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)方法,该方法将单相一维空间矢量图分为8个区间。根据期望电压矢量幅值和矢量所在区间以及上一个开关周期的终止矢量进行输出脉冲合成类型判断,并基于开关次数最小原则提出3种矢量合成规则。根据伏秒平衡原理对每种脉冲类型的矢量作用时间进行了计算。提供一种兼顾电压均衡、开关次数最小和开关器件均衡利用的冗余矢量使用法则。利用DSP和FPGA芯片实现所提出的算法。仿真和实验验证了提出调制方法的正确性和可行性。

具有飞跨电容辅助桥臂的三电平中点钳位逆变器方案

提出了一种改进的具有飞跨电容辅助桥臂的三电平中点钳位逆变器的拓扑结构,该逆变器可被应用于具有轻型高压直流传输线的近海风电系统中。第四飞跨电容辅助桥臂的引入可以解决三电平中点钳位逆变器固有的中点失衡(包括直流漂移和电压脉动)问题。首先,具体阐述了第四桥臂的工作原理,接着对三种电压闭环控制方案及其控制性能进行了分析和比较。最后,仿真和实验验证了所提出的控制方案的有效性。

基于脉冲跳变SVPWM的单相中点钳位型H桥级联逆变器开关损耗解析计算

为实现单相中点钳位(NPC)型H桥级联逆变器性能优化设计,分析基于脉冲跳变空间矢量脉宽调制(SVPWM)均压调制的开关损耗计算方法。针对开关管有效动作频率与控制频率不同、开关动作分散且无规律的问题,提出基于整体的开关损耗计算方法,直接计算得到所有开关的暂态损耗之和;针对均压冗余矢量动作不确定的问题,提出最值估算法对开关暂态损耗进行理论估算。仿真结果表明,推导的开关损耗解析式计算值与实际值的单个周期最大误差为9.55%,最小误差为1.29%,实验得到的损耗结果与理论值最大误差均在10%以内,表明该损耗解析式较为准确。

有源中点钳位五电平逆变器载波移相调制相电压谐波分析

为了给滤波器和谐波抑制算法设计提供理论基础,首先介绍了有源中点钳位五电平逆变器的工作原理和载波移相调制算法;然后,利用双重傅里叶变换原理和Bessel函数对ANPC-5L逆变器的相电压谐波进行了理论分析,总结了谐波分布和THD变化规律。解析结果与仿真实验结果证明了所提分析方法的正确性。

电容钳位H桥级联多电平逆变器功率均衡控制方法

针对电容钳位H桥级联多电平逆变器载波层叠SPWM调制方法中存在功率不均衡的问题,对该逆变器各个级联单元的有功功率输出进行理论分析,提出了一种改进载波层叠方式的功率均衡控制方法。该方法在不影响逆变器输出电压波形质量的前提下,通过保证该逆变器各个单元输出电压波形的基波幅值相等的方式,可以在一个输出周期内实现各个级联单元的输出功率均衡。以两单元电容钳位H桥级联多电平逆变器为例,进行了仿真分析和对比研究,详细给出了改进功率均衡控制法与传统控制方法下输出电压谐波失真(total harmonic distortion,THD)和输出功率的对比曲线,以及两种方法下逆变器输出的电压波形及其频谱图,结果验证了该控制方法的可行性与优越性。

基于新型SVPWM的NPC/H桥五电平逆变器共模电压抑制策略研究

为解决逆变器中共模电压随其电平数增加而幅值增大的问题,以中点箝位H桥五电平逆变器为例,分析共模电压的产生机理,并提出一种基于参考电压矢量分解的新型五电平空间矢量脉冲宽度调制(SVPWM)算法。该算法直接将五电平分解为两电平,避免了先将五电平转化为三电平,再将三电平转化为两电平的繁琐过程且可适用于更高电平。基于该算法设计了一种通过合理选择空间矢量来抑制共模电压的五段式调制方法。理论分析、仿真与实验结果表明,该方法可以将共模电压最大值抑制到单相直流电压源电压值的1/3,比传统SVPWM算法下降了60%;同时,逆变器的开关损耗也得到了减小。

五电平有源中点钳位型逆变器的控制策略

五电平有源中点钳位逆变器(ANPC)是一种新型逆变器,弥补了传统逆变结构的缺陷,其转换效率更高,在中高压功率应用领域前景广阔.但是该逆变器的应用需要实现悬浮电容稳压控制和中点电位平衡控制.文中研究了五电平ANPC,提出了一个基于载波多电平调制技术的悬浮电容电压、中点电位的控制方法.SIMULINK仿真显示,该控制方法能快速实现悬浮电容的电压建立,使电压稳定在设定值,同时母线电位得到了有效控制.仿真实验验证了所提出的控制策略的控制效果,对于硬件装置的改进设计提供了参考依据.

具有飞跨电容辅助桥臂的五电平高压并网逆变器

结合当前五电平高压并网逆变器拓扑研究现状,提出了一种具有飞跨电容辅助桥臂的五电平中点钳位(5L-NPC)逆变器拓扑,并利用飞跨电容技术实现了中点自平衡,可作为10kV等级的风力发电、光伏等大功率并网逆变器或静止同步补偿器(STATCOM)。首先分析了造成常规5LNPC逆变器3个直流中点不平衡的原因,随后详细说明了飞跨电容技术实现中点自平衡的原理,并给出了相关参数的选取范围,最后通过实验验证了所提拓扑的正确性与可行性。

一种可抑制共模电压的H14三电平光伏逆变器

为了减小共模电压对光伏系统的不利影响,文中提出了一种新型的三相逆变器拓扑(H14拓扑)及其控制方法,阐明了H14逆变器的工作原理,分析了H14逆变器各运行模式下各开关状态对应的共模电压,设计了基于开关函数的H14逆变器控制方式,实现了共模电压的有效抑制。对H14逆变器的共模电压、相电流、中点电位、线电压进行了分析,实验验证了所提拓扑结构及其控制方法对共模电压抑制的有效性。

NPC三电平逆变器容错拓扑及其控制研究

研究了二极管中点钳位(Neutral point clamped,NPC)三电平逆变器的容错拓扑及其控制问题,以保证NPC逆变器在发生器件故障时,仍然能够继续工作。在基本的NPC逆变器中增加一个不对称桥臂,并将其中点用双向可控开关连接到每相负载。为消除输出相电压的低次谐波含量,该桥臂采用SPWM控制方法代替传统的方波控制方法。当检测到NPC逆变器某相器件出现故障时,控制双向可控开关将故障相的负载连接到新加入的不对称桥臂中点。与以前文献提出的容错拓扑相比,在获得相同效果的情况下,提出的拓扑具有使用器件及其驱动电路数量少、电路成本低等优势。仿真和实验结果表明,所提出的NPC逆变器容错拓扑能够在容错控制后保持三相平衡工作,同时不降低原电路的输出功率,电路的可靠性得到很大提高。

基于NPC 5电平H桥级联的牵引变电所谐波分析

基于5电平二极管钳位H桥(以下简称5H桥)级联的牵引供电系统是为了取消既有牵引供电系统电分相、改善电能质量、扩大牵引变电所容量而提出的一种新型牵引供电系统。针对目前对该新型牵引供电系统的研究较少、对级联变换器构成的新型牵引变电所的谐波分析基本为空白的现状,本文分析了该牵引变电所输出谐波特性,利用双边傅里叶函数推导了载波移相SPWM(CPS-SPWM)调制策略下的5H桥及5H桥级联牵引变电所输出电压谐波特性,利用Matlab/Simulink搭建该牵引变电所模型,仿真结果表明:该牵引变电所输出电压总谐波失真率可满足国家标准,由此可知该变电所可不用设置滤波电路。且通过仿真和基于FPGA的小功率实验,验证了输出电压谐波分布特性与理论推导一致性,为该系统的进一步研究提供了理论依据。

一种新型多电平逆变器参考电压矢量分解算法

为解决传统两电平空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)算法推广应用于多电平时,计算量大、实时性差的问题,以中点钳位(NPC)H桥5电平逆变器为例,提出一种基于αβ坐标系的新型参考电压矢量分解SVPWM算法。该算法直接将5电平矢量分解为两电平,避免了先将5电平转化为3电平,再将3电平转化为两电平的繁琐过程,使总体计算量大为减少,提高了实时性,易于向更高电平推广。仿真与实验结果验证了所提算法的有效性。

一种多电平逆变器简化SVPWM算法

为解决传统空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法应用于多电平逆变器时,参考电压矢量定位计算复杂、繁琐的问题,以中点钳位H桥5电平逆变器为例,介绍其拓扑结构及工作原理并提出一种基于αβ坐标系的简化SVPWM算法。该算法利用旋转归一化将其他5个扇区转化到第Ⅰ扇区,使计算量减少了5/6,通过使用一组公式可以快速判断参考电压矢量的准确位置,克服了传统SVPWM算法计算复杂的缺点。同时,该算法可以适用于更高电平。实验结果验证了所提算法的正确性与可行性。