一种适用于高压大功率的新型混合二极管钳位级联多电平变换器

该文在研究传统的级联多电平、传统混合级联多电平以及二级管钳位级联多电平变换器的基础上提出了一种新型的混合二极管钳位级联多电平变换器,这种新型变换器是将具有不同直流母线电压的多个二极管钳位多电平变换器进行级联,输出电压是将这些变换器的输出电压进行矢量相加而合成的。通常,开关速度较快的器件(如IGBT)的耐压值和耐压值较高的器件(如GTO)的开关速度都是有局限性的,新型变换器包含高压模块和低压模块,这使得IGBT和GTO协同工作在一起成为可能。本文对三相拓扑结构进行仿真分析,从仿真结果可以看出,新型变换器可以输出更高的电压,并且输出电压和电流的波形质量也将有进一步改善。

适用于二极管钳位型三电平有源滤波器的母线电压数字控制方法

传统两电平有源电力滤波器(active power filter,APF)由干功率开关耐压水平和载流能力的限制,难以实现对高压大容量非线性负载的谐波补偿。在高压大容量系统中,二极管钳位型三电平变换器得到了广泛的应用。对三电平APF进行研究,提出一种母线电压闭环数字控制策略。在同步旋转dq坐标系下,将三电平APF母线电压控制系统分为电压外环和电流内环2部分。在电压外环中,采用自适应滤波器求出直流侧电压平均值,采用PI控制器产生有功指令电流维持直流侧电压恒定。在电流内环中,针对三电平APF直流侧中点电位不平衡问题,从空间矢量PWM调制方法的角度出发,对中点平衡问题进行仔细研究,提出一种简单的中点电压平衡控制策略,只需检测各相电流和中点电压波动的方向,对小矢量进行取舍实现APF中点电位平衡控制。实验结果表明了所提出算法的正确性和有效性。

二极管钳位型多电平有源电力滤波器的仿真

由于功率器件耐压水平的限制,传统的2电平拓扑结构有源电力滤波器(APF)难以实现对高压非线性负载的谐波补偿。文中采用二极管钳位型多电平变换器,提出了其作为APF运行的方案。对该APF进行了理论分析,提出一种基于重复预测型观测器的无差拍控制方案。该方案采用重复预测型观测器,对指令谐波电流进行预测,可在相同的采样频率下提供更精确的谐波电流预测值,因而可以改善整个系统的控制效果。仿真结果表明该APF适用于高电压及大容量谐波补偿。

基于调制比跟踪的三电平变换器VSVPWM策略研究

在采用虚拟空间矢量调制策略的二极管钳位型三电平变换器中,参考矢量经过的小三角形区域多,电压畸变率高,且虚拟中矢量幅值无法随着调制比的变化而调节电压畸变率.针对该问题,提出了一种减小线电压谐波畸变率的基于调制比跟踪的虚拟空间矢量调制策略.首先分析了传统虚拟空间矢量调制策略的小三角形区域划分方法,指出其参考矢量经过的小三角形区域多,电压畸变率高;然后提出了一种基于调制比跟踪的虚拟空间矢量调制策略,该策略在虚拟中矢量幅值与传统中矢量幅值的比值等于调制比时线电压总谐波畸变率取得的最小值;最后在Matlab/Simulink平台上验证了所提虚拟空间矢量调制策略,仿真结果证明所提出的调制策略简单、正确、有效.

FPGA-DSP实现混合级联多电平变换器的高性能PWM控制

针对传统电力电子拓扑结构中开关器件耐压值不够高,与电力系统中高压范围不能直接匹配的问题,研究了基于FPGA-DSP的改进型混合级联多电平变换器的高性能控制系统。该改进型的级联多电平拓扑是将具有相同母线电压的一个二极管钳位拓扑与若干个H桥级联,输出波形由级联模块的输出电压叠加而成。并针对该拓扑提出了其混合调制的调制策略,使较高开关频率的开关器件与高耐压值的器件协同工作在一起,充分发挥开关器件各自的特性。由于多电平变换器开关管数量众多,专用DSP芯片已经不能完全满足设计要求,为此专门设计了基于FPGA-DSP的通用控制系统,用以实现多电平电路的专用PWM控制电路的功能,该控制系统稳定可靠,易于扩展。仿真与实验结果充分证明了该设计方案的可行性和有效性。

多电平变换器简化虚拟矢量PWM及应用

二极管钳位型变换器存在着直流母线电容电压不平衡的问题,对于多电平(>3)拓扑,传统空间矢量PWM在单位功率因数且调制比高于0.55时无法实现中点电压平衡,已有的虚拟矢量PWM随着电平数的增多计算负担急剧增加。针对这一问题,该文提出一种简化虚拟矢量PWM算法,通过组合2个或多个相邻的开关状态来定义新的虚拟开关状态,使得每个虚拟开关状态下流过所有中性点的电流相等,从而保证理想稳态条件下中点电压的自平衡。另外,简化虚拟PWM将任意电平的空间矢量图转换为三电平空间矢量图,简化了子扇区的辨识和占空比的计算。对五电平二极管钳位型变换器的仿真和实验结果表明,简化虚拟矢量PWM可以在全调制比和全功率因数范围内实现直流母线中点电压平衡,验证了该算法的有效性。

三电平有源滤波器直流侧电压控制方法

建立了三电平有源滤波器数学模型并提出了其直流侧电压的闭环控制策略。在电压外环中采用PI控制维持直流侧电压恒定。在电流内环中,从空间矢量PWM调制方法的角度出发,对中点平衡问题进行了仔细研究,总结了各种空间矢量对中点电压平衡的影响。然后针对三电平APF,提出了一种简单的中点电压平衡控制策略。该方法只需检测各相电流和中点电压波动的方向,对小矢量进行取舍实现中点电压平衡控制。同时,并没有增加系统的开关损耗和输出电压的du/dt。仿真结果证明了这种控制策略的正确性。

高压大容量有源电力滤波器并联运行研究

由于功率器件耐压水平和载流能力的限制,传统有源滤波器难以实现对高压大容量非线性负载的谐波补偿。本文提出一种有源电力滤波器,它由几个采用二极管钳位型多电平拓扑结构的滤波器模块组成。该滤波器模块采用多电平拓扑结构,很适合于匹配高电压等级,而且当补偿量超出实际输出容量时,能根据自身容量对电网谐波进行抑制。这种有源滤波器通过并联几个滤波器模块充分抑制电网谐波,使得每个滤波器模块不需要很大容量,运行独立灵活,解决了容量灵活扩充的问题。除了对该有源滤波器进行理论分析,本文还对其闭环控制策略进行研究。理论分析和仿真结果表明,所提方案很适合应用于高电压、大容量谐波补偿。