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。

三电平有源中点箝位变流器损耗平衡优化控制方法

为了提高三电平有源中点箝位变流器损耗分布的控制性能,提出了一种损耗平衡优化控制方法。通过分析三电平有源中点箝位变流器在不同调制方式下的损耗分布情况,引入了损耗调节因子,利用损耗调节因子设计变流器的冗余电平作用序列,实现损耗的均衡控制。仿真和实验结果表明该优化控制方法能够准确快速地平衡变流器各个开关器件的损耗分布。半导体器件均衡的损耗分布有利于系统的散热设计,增加了变流器系统的安全工作裕量,该方法在高压大功率变流器场合具有重要的应用价值。

基于改进型SVPWM的五电平NPC/H变流器共模电压抑制技术研究

为解决多电平变流器中共模电压随电平数增加幅值增大的问题,以五电平桥式中点箝位变流器为例,分析共模电压的产生机理,并提出一种基于改进型空间矢量脉冲宽度调制的共模电压抑制技术。将五电平桥式中点箝位变流器等效为两个三电平中点箝位变流器的组合,原参考电压矢量可分解为两个小的电压矢量。五电平空间矢量脉冲宽度调制也被分解为两个三电平空间矢量脉冲宽度调制。为抑制其共模电压,其中一个三电平变流器采用零共模电压空间矢量脉冲宽度调制策略,另一个三电平变流器则按传统空间矢量脉冲宽度调制策略进行调制。对比分析并仿真研究现有两种调制策略与改进型空间矢量脉冲宽度调制策略下五电平桥式中点箝位变流器的共模电压和直流电压利用率。理论分析和结果证明变流器的共模电压最大值比传统SVPWM(space vectorpulse width modulation)下降了60%,直流电压利用率比零共模电压策略升高了4%,说明在共模电压得到有效抑制的同时,保持了较高的直流电压利用率。

基于空间电压矢量的有源中点箝位型五电平逆变器母线中点电压平衡问题的研究

有源中点箝位型五电平(active neutral-point-clamped five-level,ANPC-5L)变换器与三电平相比,具有输出电压等级较高、输出功率更大、电流谐波含量较低等特点,在高压大功率领域具有较高的研究价值。以ANPC-5L变换器作为研究对象,采用空间电压矢量脉宽调制控制算法,通过分析ANPC-5L变换器的单相拓扑结构及其工作原理,针对不同开关状态下的ANPC-5L变换器的母线中点电压的波动模型进行研究分析,得出了平衡母线中点电压偏差的公式及ANPC-5L变换器中点电位的平衡域曲线。以此为基础,提出一种有效平衡中点电压的控制方法,通过选择参考电压矢量所在三角形的开关序列及同时控制复用矢量的作用时间之比,实现了悬浮电容电压与中点电压的解耦和平衡控制,最后通过实验进一步验证了控制算法的正确性和有效性。

三电平ANPC变流器中点电位控制策略研究

本文详细分析了三电平有源中点箝位(ANPC)变流器中点电压波动产生的根本原因,提出了一种分区域控制的中点电位的平衡方法,该方法能够实现在变流器全范围工作区域内的中点电位平衡控制,且该方法运算量小,易于实现,对于空间矢量脉宽调制和三角载波比较脉宽调制方法都适用;本文同时利用三电平ANPC变流器的拓扑结构优势提出一种损耗平衡控制算法,改善了在高调制度低功率因数时中点电位平衡控制引起的开关损耗大的问题。通过仿真和实验验证了本文提出的控制方法能够同时实现三电平ANPC变流器的中点电位波动抑制和桥臂损耗平衡的控制,具有较强的工程应用价值。

三电平变流器的压频转换式中点电位平衡控制方法研究

将三电平变流器运用于中高压游梁式抽油机,不仅可以节能降耗而且还可提高油井的采收率。然而,中点箝位式三电平变流器(NPC)的直流侧电压平衡问题直接影响变流器及其电机调速系统的可靠性。本文分析了其原因并提出压频转换式中点电位平衡控制的一种新方法,给出了利用87C 196M C单片机实现的具体编程思路,通过软件仿真和实物实验证明了这种方法的正确性。

有源中点箝位式(ANPC)五电平逆变器调制方法和飞跨电容电压控制策略研究

分析了ANPC型五电平逆变器开关状态和输出电平的关系,并提出单周期SPWM调制方法。该调制方法在一个开关周期内实现有效电平且包含飞跨电容充电、放电两个状态。针对控制飞跨电容电压的问题,提出了在调制策略中增加充电因子,通过检测飞跨电容电压和实时调节充电因子实现飞跨电容电压闭环可控。最后对单周期SPWM调制方法和飞跨电容电压控制策略进行了仿真和实验,验证了其正确性。

有源中点箝位型五电平光伏并网逆变器研究

五电平逆变器具有输出电压谐波小、电磁干扰小等突出优势,但由于传统二极管箝位电路在输出电平数超过三电平时,存在直流侧平衡问题,并未在光伏系统中使用。有源中点箝位型(ANPC)多电平电路因其可在输出有功功率时保持直流侧稳定,故在此将该电路使用在五电平光伏逆变器中。根据该电路特点采用空间矢量调制方法和依据空间矢量的直流侧中点电位控制策略。最后通过仿真和实验验证了所提方法的可行性。

单相五电平有源中点箝位型光伏逆变器悬浮电容电压平衡策略研究

分析了一种五电平ANPC逆变器拓扑及工作原理,针对此拓扑的悬浮电容电压平衡问题,给出了一种悬浮电容电压的平衡方法。该方法以载波周期交替选择同一输出电平的不同冗余状态,并通过实时检测悬浮电容电压,采取电压滞环控制策略,实现悬浮电容电压平衡。该平衡方法减小了悬浮电容容值和体积,实现了上下侧开关管损耗的均衡分布,为样机的热设计提供了良好基础。最后搭建了3.3kW样机对理论及仿真结果进行验证,证明了该平衡策略的可行性。

基于五电平控制的中点箝位单相逆变器的研究

为减小逆变器输出电流的谐波含量,本文探讨了中点箝位单相逆变器的工作原理,在三电平中点箝位单相逆变器拓扑结构的研究基础上,提出了一种控制逆变器输出电压为五电平的实现方法,即五电平中点箝位单相逆变器拓扑结构;并基于Matlab/Simulink仿真平台,对基于五电平控制的中点箝位单相逆变器进行了深入研究,仿真结果验证了本文所提控制策略的有效性。

同相供电二极管箝位五电平潮流控制器研究

针对电气化铁道长期存在的以负序、谐波和无功为主的电能质量问题,尤其是困扰列车速度和牵引力提升的电分相问题,本文研究了基于二极管箝位五电平结构的同相供电潮流控制器,并针对二极管箝位五电平结构固有的直流侧电容均压问题,提出一种改进辅助稳压电路。最后,针对同相供电的两种不同工作模式,仿真验证了五电平潮流控制器的可行性及优越性。

三电平变流器直流侧电容的纹波分析

三电平中点箝位(NPC)变流器具有优良的性能,在高压大功率的场合得到越来越广泛的应用。其中直流侧电容需承受的纹波电流影响电容的大小和寿命,直流侧纹波电压的大小影响功率器件需承受的电压,因此直流侧的纹波成分对变流器的设计至关重要。通过对变流器拓扑和开关调制方式的分析,得出了三电平NPC变流器直流侧电容电流和电压纹波的解析表达式,其中纹波电流的有效值随调制度和负载功率因数变化,纹波电压随直流电容值和负载功率因数变化。最后通过一些工作点的仿真,验证了解析表达式的有效性。

大功率IGCT高压变流器的研究

通过对大功率集成门极换向晶闸管(IGCT)高压变流器的结构、控制系统、保护系统的研究,设计出一套7.5 MVA的基于集成门极换向晶闸管的高压三电平中点箝位(NPC)变流器.通过对几种常见的三电平NPC变流器的拓扑结构进行研究,选取了采用分散的缓冲吸收电路的结构方式.控制系统采用基于VME总线的VMIC核心系统,利用信号数字处理(DSP)控制板生成三电平电压空间矢量PWM调制脉冲.保护系统可以对变流器运行中的过压、过流等各种故障采取快速有效的保护措施.在变流器系统的性能试验中,最大直流母线电压达到5000 V,最大输出电流达到2500 A.试验结果表明,该变流器达到了7.5 MVA的设计要求.

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。

ANPC五电平逆变器悬浮电容延迟补偿控制方法

有源中点箝位型(ANPC)五电平逆变器相比于三电平逆变器在电压等级和转换效率上有突出优势,得到了广泛研究与应用。针对ANPC五电平逆变器中悬浮电容电压由采样延迟引起波动较大的问题,提出了一种延迟补偿的悬浮电容电压控制方法。首先分析了悬浮电容电压在采样延迟影响下波动较大的原因,针对采样延迟导致悬浮电容电压采样不准确的问题,利用上一时刻悬浮电容电压的控制状态,对当前时刻的悬浮电容采样电压进行补偿,从而得到当前时刻悬浮电容真实电压,进而实现对悬浮电容的精确控制。最后通过实验对所提悬浮电容电压的延迟补偿控制方法进行了验证,实验结果证明了所提方法的正确性和有效性。

基于电压反馈VSVPWM三电平中点电位平衡控制

针对三电平变流器存在中点电位不平衡,VSVPWM(虚拟空间矢量脉宽调制)算法中开关损耗比较大,冗余小矢量幅值大小不相等问题,提出了一种基于中点电位电压反馈的VSVPWM方法。方法通过电位不平衡时小矢量的幅度变化的不同,重新划分3个空间矢量扇区构建虚拟矢量,并在系统中加入电容电压反馈和引入系数k来选择一个适合的小矢量进行作用,减少了开关的损耗和实现精确控制平衡的目的。为验证控制算法的可行性,进行了仿真和实验,结果表明:所提出的方法可以有效地保持中点电位电压平衡,并消除整个调制指标范围内电压的低频振荡,具有良好的动态性能。

矿山高压多电平ANPC变频调速系统损耗分析

以五电平有源中点箝位ANPC高压变频调速系统为研究对象,在介绍ANPC五电平拓扑数学模型和PWM调制方法的基础上,对系统开关损耗、电容损耗以及传导损耗进行了量化分析。分析结果表明,ANPC五电平拓扑虽然损耗构成种类更多,但其在开关损耗抑制方面优势显著,可使变频调速系统整体运行效率更高。

一种新型基于矢量空间解耦的多相三电平逆变器空间矢量调制策略

该文以中压大功率交流电机驱动器为背景。针对多相电机驱动,提出一种基于矢量空间解耦（vector space decomposition,VSD）的中点箝位型多相三电平逆变器空间矢量调制策略。以五相三电平逆变器为例,利用VSD将变量解耦和映射到？-？基波平面和x-y谐波平面。将逆变器243个电压矢量进行精简和合成,得到基波平面和谐波平面解耦的两组电压矢量,分别用来合成基波分量和谐波分量。利用冗余矢量进行直流侧中点电压的控制。通过计算输出电压向量的作用时间,将各相输出电压状态进行合并以减小开关频率。最后通过实验验证提出的策略的正确性。

一种基于可变虚拟中矢量的三电平SVPWM调制策略

T型三电平拓扑因具有高效率、低谐波输出等优点而被广泛应用于电能变换器中,其电容中点电压控制的效果将直接影响变流器性能。文章分析了T型三电平主电路中点电压不平衡问题,提出了一种基于变虚拟空间矢量的调制策略,其利用正、负小矢量和中矢量合成的变虚拟中矢量参与空间矢量调制,有效控制了中点电压的偏移。仿真和实验结果验证了该T型三电平拓扑调制策略在地铁系统中应用的可行性与优越性。

5L-ANPC逆变器输出谐波优化策略研究

为了提高五电平有源中点箝位(5L-ANPC)逆变器的电流谐波质量,提出一种基于模型预测控制的电流纹波优化算法。首先,根据5L-ANPC逆变器原理给出了输出电流纹波模型;然后,在考虑中点电位和悬浮电容电压控制的情况下,结合逆变器功率器件开关动作次数建立了基于模型预测控制的电流纹波优化控制模型,进而根据价值函数最小原则确定开关状态的输出序列,降低了输出电流谐波畸变率。最后,通过仿真和实时仿真实验验证了所提电流纹波优化策略的有效性和正确性。