串联H桥多电平逆变器特定谐波控制组合法

针对串联H桥多电平逆变器输出阶梯电压波形中存在低频谐波的问题,提出了一种特定谐波控制组合法。该方法以梯形波调制为基础,利用等面积法原理和谐波注入组合法,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导通角,并对开关导通角进行优化,从而实现谐波抑制。以三相九电平串联H桥逆变器为例,进行了仿真和实验,结果验证了该方法的可行性和有效性。

多电平级联H桥逆变器通用型离散模型及分岔与混沌行为特性分析

多电平级联H桥逆变器内部功率器件多、等效开关频率高、开关组合状态繁杂、离散数学模型建立难度大,其分岔、混沌动力学行为难以进行系统性分析。基于虚拟遍历法建立了具有N个单元的多电平级联H桥逆变器通用型离散映射数学模型;引入对交流变量跟踪性能更佳的准比例谐振控制器,并重点分析了比例增益、谐振增益、单元数量N变化以及主电路和控制电路中其他参数变化情况下的分岔、混沌行为特性;对比分析了引入混沌抑制前后系统稳定性变化情况。从方法论角度分别采用根轨迹图和折叠图验证了稳定性分析结果的正确性,并通过PSIM仿真和实验验证了相关结论的正确性和抑制分岔与混沌行为的有效性。

基于自抗扰控制的H桥逆变器的混沌研究

为了解决新能源发电系统逆变器出现混沌的问题,提出了一种基于自抗扰控制的H桥逆变器的调节方案。针对处于混沌状态的逆变器的稳态和动态特性差的现象,构建了逆变器的离散模型,并通过建立跟踪微分器、扩张状态观测器以及状态误差反馈控制律进行混沌控制。通过分岔图、折叠图以及仿真分析,结果可知基于自抗扰控制的H桥逆变器比基于比例控制的H桥逆变器的稳定范围扩大了45%,有效地抑制了混沌现象的发生。通过分析可得出:该控制策略对系统的混沌行为能够进行抑制,拓宽了系统稳定工作范围。

混合级联H桥逆变器的新型SHEPWM功率均衡控制策略

对于直流侧电压比为1∶1∶2的混合级联H桥逆变器,传统的指定谐波消除脉宽调制法(SHEPWM)存在各单元间输出功率不均衡问题,因此,提出一种双层功率均衡调制策略。首先,通过对消谐方程组中的基波幅值方程表达式进行等效拆分,使2个低压H桥单元的输出电压基波幅值之和与高压H桥单元的输出电压基波幅值相等,实现了高低压H桥单元间的功率均衡,即外层功率均衡。其次,利用逻辑运算的方法对低压单元的初始驱动信号进行逻辑重组,实现2个低压单元间的功率均衡,即内层功率均衡;然后使用改进的实数型遗传算法(IRCGA-2)求出消谐方程组的解,消除指定的谐波,得到高质量的输出电压。最后,通过仿真和实验证明了调制策略的正确性与有效性。

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。

抑制混合级联H桥逆变器电流倒灌的调制策略

传统调制策略下混合级联H桥变换器会出现因高低压单元输出电压极性不一致引起的电流倒灌问题。同时多个低压单元采用不同的脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)方法会导致低压单元间出现输出功率不均衡问题。针对以上问题,结合不对称三单元混合级联H桥十一电平逆变器,提出了一种基于载波层叠的改进混合载波脉宽调制方法。该方法利用载波自由度和冗余开关状态,优化了低压单元的工作方式,使高低压单元在整个输出周期内保持输出电压极性一致,解决了逆变器在传统调制方法下出现的电流倒灌问题。同时,该方法中2个低压单元均工作在高频状态,使低压单元输出电压波形正负半周互补对称,实现了低压单元间输出功率自均衡。仿真和实验结果证明了调制策略的可行性及有效性。

级联H桥七电平逆变器同相层叠SPWM调制技术仿真研究

联型多电平逆变器输出电压谐波含量小,易于实现模块化,适用于高压大功率场合。本文主要介绍了H桥级联七电平逆变器拓扑电路结构和电压同相层叠调制(In-Phase Disposition,简称IPD)技术的基本原理,然后通过Matlab/Simulink仿真软件对级联全桥逆变器(Cascade Half-Bridge Inverter,简称CHBI)的运行特性进行了仿真研究(仿真建模、控制方法)。由于七电平CHBI是由6个频率相等、相位相同、幅值层叠的三角载波和正弦波相位调制产生脉冲信号,所以七电平CHBI在4500Hz载波频率,0.99幅值调制度下可使其相电压和线电压的THD分别达到18.76%,10.71%,说明CHBI在较低的工作频率下其谐波失真亦较小。

单相H桥光伏逆变器的混沌控制

逆变器是强的非线性系统,它通常具有复杂动力学现象,例如跨临界分岔、倍周期分岔等,它会大大增加输出电流的谐波含量,降低变换器的效率,使其发生振荡乃至崩溃。目前大多数混沌控制存在建模困难、控制效果不明显、稳定性不强的缺点。针对此,提供了一种全新的混沌抑制方式,即改进余弦延时反馈控制(improved cosine delay feedback control, ICDFC)。该方式先使用被控对象的输出量和自身延时一个周期的差值作为反馈量,该反馈量再经过余弦函数环节和反馈控制参数之后得到控制信号,并将该控制信息以反馈形式直接作用到被控对象中。同时构建系统频闪映射模型并寻求系统的Jacobian矩阵和平衡点,最后基于朱里判据给出了反馈控制参数的限定条件。为说明所提出混沌控制方法的优越性,开展了大量的仿真模拟试验,并与指数延时反馈控制进行比较。结果表明,ICDFC能更有效地抑制逆变器的混沌行为,且大大增加了系统运行的稳定域。

混合9电平逆变器的H桥电容电压平衡控制

混合9电平逆变器是一种新型的多电平拓扑结构。文章在研究了H桥逆变电路直流电容电压充放电模型的基础上,得到了负载电流与电容电压变化之间的定量计算公式,进而详细分析了混合9电平逆变器H桥辅助逆变电路电容电压不平衡的内在机理,最后提出了一种基于电容电压不平衡预估计和零序电压注入的平衡控制方法。所提方法原理简单,实现容易,无需增加额外的硬件设备。通过仿真验证了在混合9电平逆变器的参考电压中注入零序电压后,混合9电平逆变器的H桥逆变电路电容电压得到平衡控制。

串联H桥多电平变频器中的功率平衡方法

在串联H桥多电平调速系统中 ,为使一相中各串联H桥单元输出功率平衡 ,需要对其相应的脉冲循环控制进行研究。传统的等控制周期循环法虽能达到此目的 ,但功率器件开关动作次数多 ,损耗大。本文提出的错位等周期循环法 ,在大多数输出电压范围内 ,功率器件开关动作次数减少一半 ,可大幅度降低开关损耗 ,提高系统效率。

中点钳位H桥五电平逆变器空间矢量脉宽调制方法研究

介绍了二极管中点钳位(NPC)H桥五电平逆变器的拓扑结构及其工作原理,提出了一种新的适用于五电平逆变器的电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法.该算法利用12条规则来判断参考电压所在位置,为避免逆变器在扇区切换中输出矢量突变,采用了使两相邻小三角形区域输出矢量变化方向相反的方法.结果表明,本文提出的SVPWM算法是正确且有效的,与传统的SPWM方法相比,逆变器输出线电压的谐波含量明显减少,其基波电压的幅值也得到了明显的提高.

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。

级联五开关H桥多电平逆变器功率均衡控制方法

为了提高逆变器的电压和功率等级,提出了一种级联五开关H桥多电平逆变器拓扑结构的功率均衡控制方法。该方法采用了同相交错层叠锯齿载波移相调制,综合了同相层叠锯齿载波调制良好的消谐特性以及载波移相调制各个单元功率分配均衡的优点,使级联五开关H桥多电平逆变器拓扑结构中各个功率单元不仅可以输出五电平,保持良好的消谐特性,而且可以在一个输出周期内实现功率均衡。以3个功率单元为例,进行了仿真实验。实验结果验证了该拓扑结构及其控制方法的可行性与优越性。

基于DSP的H桥级联多电平逆变器的研究

超导托卡马克核聚变实验装置(Experimental Advanced Superconducting Tokamak,简称EAST)快控电源是一种大容量单相逆变电源。现有的快控电源已难以满足EAST的发展要求,新型快控电源的研制难点主要集中在高压和大电流。为满足快控电源系统高压和快速响应的要求,提出了采用IGBT作为功率器件的H桥级联逆变器方案。系统采用基于DSP的载波移相技术,以降低IGBT的开关损耗,提高等效开关频率,改善输出电压波形。在此对逆变器输出电压谐波进行了分析和系统仿真,最后通过H桥级联逆变器实验装置验证了该控制策略的有效性。

级联多电平H桥逆变器的同相层叠型SPWM脉冲分配方法

提出一种适用于级联H桥逆变器的新型同相层叠(IPD)型正弦脉宽调制(SPWM)脉冲分配方法。根据多电平级联H桥的一般模型,分析了功率不平衡的产生原因,引入功率失衡度的概念,推导出新型IPD型SPWM脉冲分配原理。该方法将各H桥单元的触发信号进行周期轮换,经过3/4个输出周期便可实现功率平衡,而且保证了线电压的波形质量,具有比载波移相(CPS)法更低的总谐波畸变率。以7电平级联H桥逆变器为例,仿真和实验结果证明了所提新型IPD型SPWM脉冲分配方法的可行性以及理论分析的正确性。

五相三电平H桥逆变器的空间矢量控制算法研究

提出了一种简化的五相三电平H桥逆变器空间矢量PWM算法.该方法采用相移SPWM思想,将五相三电平H桥逆变器作为两个由单桥臂组成的五相分别予以控制.分析选择合理的工作电压矢量及开关作用顺序,计算开关周期内的各工作电压矢量的作用时间,仿真和实验结果均验证了文中提出的空间矢量PWM算法可以减小输出电压谐波.

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。

串联H桥多电平变换器平衡特性研究

近年来,串联H桥多电平变换器在高压大功率应用场合越来越受到重视,然而这种拓扑结构随着控制策略的不同,存有系统工作不平衡问题。如在梯形波调制方式中,就会有各个H桥单元直流电源功率不平衡;而在选择谐波消去脉冲宽度调制SHEPWM(SelectedHarmonicEliminatePulseWidthModulation)方法中,则有各个H桥单元功率开关管开关次数不相等和导通负荷不一致等问题,因此在梯形波调制策略中,利用串联H桥合成输出电平开关状态冗余的特点,给出了一种在一个输出周期内就可以实现各桥直流电源功率平衡的方法,便于减小中间直流电压波动和直流电容体积,而针对传统的SHEPWM方法存在各个H桥单元功率开关管开关次数不相等和导通负荷不一致问题,给出了一种变载波频率的SHEPWM方法使得各H桥开关管开关次数相等,这样各串联H桥功率开关管就可以得到充分利用以及各H桥直流电源充放电次数相等。最后,通过频谱分析,验证了这些方法的可行性。

串联结构中H桥逆变器直流侧等效模型关系

逆变单元串联结构目前已被广泛应用于无功补偿、变频调速以及可再生能源发电系统当中,逆变单元之间的相互关联性及约束条件使各单元直流侧等效模型的建立变得十分困难。文章首先分别建立了串联结构中各H桥逆变单元交、直流两侧电压电流之间的数学关系;其次通过数学关系式推导了不同调制策略下各逆变单元的直流侧等效模型,并分析了彼此之间的关系;考虑所建模型的复杂性,文章最后给出简化等效模型。仿真与实验结果验证了所建模型的正确性。