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。

带有升降压的三相五电平逆变器拓扑及控制设计

提出了一种三相升降压型五电平逆变器。与传统的的多电平逆变器相比,升降压五电平逆变器具有能够实现升降压、拓扑结构简单、控制方法简单、所需功率开关器件数量少、开关损耗小等优点。采用载波层叠法作为逆变器的调制策略,采用PI调节器对系统进行控制,并且使用Matlab/Simulink平台对带有升降压的三相五电平逆变器及其并网控制策略进行了仿真验证。最后搭建了系统相应的硬件实验平台,通过实验验证了所提出的电路拓扑的性能。

有源中点箝位型五电平逆变器SHE-MPC研究

针对大功率有源中点箝位五电平(5L-ANPC)逆变器的低次谐波和电容电压平衡问题,提出一种基于特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)的模型预测控制(MPC)方法。首先,通过求解特定谐波消除(SHE)方程组得到全调制比下的所有开关角度,并设计目标函数选择其最优开关模式,实现SHE;然后,采用MPC方法,通过设计成本函数选择最佳开关状态,减小整体开关频率的同时实现电容电压和中点电位的平衡。硬件在环(HIL)实验结果验证了理论分析的正确性及控制策略的有效性。

一种新型单相不对称五电平逆变器

该文对一种新型单相不对称五电平逆变器进行研究,这种新型逆变器是通过将半桥二极管钳位逆变器和传统两电平半桥逆变器共享同一直流母线而获得的。针对这种新型拓扑结构该文分析了一种方波合成与消谐波三角载波PWM相结合的控制方法,在这种控制方法下,新型逆变器允许开关速度较快的器件和耐压值较高的器件工作在一起。文中将这种逆变器与其它三种单相五电平逆变器进行了比较。最后本文对一个单相五电平不对称逆变器电路进行了实验验证,并给出相关结论。

五开关五电平逆变器的载波交错SPWM控制方法

传统五电平逆变器所用开关器件较多,而五开关五电平逆变器简化了拓扑结构。分析五开关五电平逆变器的工作机理,给出其基于载波的SPWM控制的思路,进而提出五开关五电平逆变器的载波交错SPWM控制方法与FPGA实现手段。通过载波周期性正、负交错,采用调制波分层、分区的正弦脉宽调制方式,获得五电平输出电压的开关控制信号。仿真结果从理论上证明其开关损耗小,输出电压的谐波特性与H桥级联型一致。实验结果表明其在整个幅值调制比范围内都适用。仿真与实验结果验证了五开关五电平逆变器的载波交错SPWM控制方法的可行性与有效性。

电容箝位型非对称H桥五电平逆变器正弦脉宽调制控制

为简化多电平逆变器拓扑结构、提高性能,构建了电容箝位型非对称H桥五电平逆变器。提出一种新型的锯齿载波交错正弦脉宽调制(sine pulse width modulation,SPWM)策略,通过在每个载波周期内控制电容充、放电时间相等,保证电容电压平衡。采用锯齿载波,在扩展的三相系统中,控制任意两相电压相对应的脉宽调制(pulse width modulation,PWM)脉冲对始终位于对应锯齿载波的起始(末尾)侧,消除了线电压中部分相邻"电平层"交叠的现象。对3种同类五电平逆变器及其对应的调制策略进行对比分析,构建的拓扑所用功率器件最少,等效开关频率为载波频率的2倍,电容电压平衡且波动幅度较小,线电压谐波含量最少。实验结果验证了该拓扑及其调制策略的正确性与有效性。

一种具有高性价比的五电平逆变器拓扑

为了提高五电平逆变器的性价比,在分析传统五电平逆变器拓扑的基础上,重组H桥级联结构与中点电位结构,只增加一个功率开关管构成辅助开关,跨接一个H桥与两个直流电压源,提出一种新型五电平逆变器拓扑。通过不同的开关组合,进而得到五电平输出电压。对H桥级联型五电平拓扑与新型拓扑的结构及输出性能进行了对比分析,仿真与试验结果表明:在输出相同电平的情况下,新型拓扑单元性价比高,验证了新型拓扑的正确性与有效性。

五电平逆变器特定谐波消除脉宽调制方法

为了提高非线性方程组的求解速度,提出了一种基于"冲量相等、重心重合"原则和直接数值计算的非线性方程组初值求取方法。以12个开关切换点为例,主要研究了五电平逆变器SHEPWM非线性方程组在调制比从1.15到0.01的全范围变化时的求解方法,对每一个M值给出了至少一组数值解。求解过程证明所提初值方法是有效的。论文讨论了随着M值从大到小变化,SHEPWM问题的解及其代表的波形的变化趋势。对选取的典型数值解进行了仿真和实验研究,结果证明所得数值解能够实现基波控制目标并有效消除选定的低频次谐波。

高压大容量五电平逆变器共模电压抑制研究

以一种新型五电平逆变器为研究对象,首先对其工作原理进行了分析;然后根据开关状态分布特点提出一种消除共模电压的调制策略,该调制策略不仅能实现系统共模电压为零,同时还解决了飞跨电容电压平衡问题;最后在Matlab/Simulink环境下对传统调制策略和该文提出的新型调制策略进行对比研究,结果验证了所提出方案的有效性。

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。

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.

二极管钳位型五电平逆变器电容电压平衡域研究

分析了二极管钳位型多电平逆变器在全负载范围内的电容电压平衡问题。首先在五电平逆变器数学模型的基础上对电容电压平衡规律进行分析;然后详细研究了逆变器开关切换规则与PWM控制策略,进一步提出采用目标函数最优的方法对可行开关序列寻优,实现电容电压平衡控制。仿真分析得出了全负载范围内的电容电压平衡域曲线。结果表明,在高功率因数和大调制比下电容电压很难达到动态平衡,五电平逆变器很难直接应用于全速度范围的中压交流调速领域。

有源箝位五电平逆变器CHMPWM及悬浮电容电压控制

针对降低功率器件的开关频率而带来电流谐波较大的问题,提出采用特殊设计的优化脉冲调制策略。通过深入研究五电平有源箝位(ANPC)逆变器电流谐波最小脉冲宽度调制(PWM)策略,设计一种基于遗传算法(GA)的优化脉冲调制开关角计算方案,该方案相比传统牛顿迭代法具有更好的电流谐波特性;对于五电平有源箝位逆变器存在的悬浮电容电压波动问题,提出一种基于冗余开关状态切换的悬浮电容电压滞环控制策略,通过合理分配冗余开关状态的作用时间,能够将悬浮电容电压有效稳定在参考值附近。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性及所提控制方法的有效性。

新型五电平逆变器三维PWM控制

多电平逆变器已广泛应用于动态电能质量补偿,但因其电平增加,控制算法变得更为复杂。文中介绍了一种简单有效的新型控制算法棗二层三维脉宽调制(3DimensionalPWM)滞环控制算法。二层3DPWM滞环控制使控制算法大为简化,降低了对控制系统硬件和软件的要求,从而提高了系统的控制性能。很多三相四线制系统中中性线电流的补偿需要附加一桥臂分支来实现,使得原有的三桥臂逆变器变为四桥臂逆变系统,增加了系统的造价。利用三桥臂中线分开逆变器,可以减少四桥臂多电平逆变器中需要的绝缘栅双极晶体管(IGBT)的数量,降低成本,其补偿效果优于二电平或三电平的滞环算法。系统仿真结果表明,二层3DPWM滞环控制算法应用于五电平的控制是有效的和可行的。

五电平逆变器双波段SHEPWM控制方法研究

将能拓宽多电平逆变器调制比的SHEPWM方案与Walsh变换相结合,提出了一种五电平逆变器双波段SHEPWM控制方法;分析了傅里叶级数变换下的多电平多波段SHEPWM电压波形,归纳出了各波段模式下SHEPWM非线性方程组的一般形式;并利用Walsh变换将非线性方程组转换为易解的分段线性方程组,从而达到简化计算过程和拓宽调制比的目的。以五电平H桥级联逆变器为例,给出了A,B波段模式下的Walsh函数分段线性方程组,并通过实验验证了五电平逆变器双波段SHEPWM控制方法的正确性及可行性,为实现SHEPWM控制技术的在线运算及实时控制奠定了基础。

基于五电平逆变器的异步电机矢量控制研究

介绍了基于五电平逆变器的异步电机矢量控制方法。提出了一种适用于中点钳位H桥五电平逆变器的空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法,该算法先将参考电压矢量经过旋转处理都落于第一扇区,再利用十二条规则来判断其在第一扇区的具体小三角形区域。为防止逆变器输出矢量在扇区切换时发生突变,让两相邻小三角形区域的输出矢量变化方向相反。根据异步电机的数学模型及其按转子磁链定向的矢量控制方法对定子电压方程解耦可独立控制异步电机的定子电流励磁和转矩分量。仿真结果表明,该系统具有良好的静动态性能。

五电平逆变器直流侧电容电压的平衡与控制

多电平逆变器能产生多阶梯、低失真电压波形,特别适合于大功率高电压场合。而二极管箝位式多电平逆变器(DCMLI)因无需独立的直流电源来维持每级电压而备受人们青睐。然而,该逆变器存在直流侧电容电压的不平衡问题,因而还未能在有功功率变换中得到广泛应用。针对这一问题,本文提出一种电容电压动态平衡控制算法。该算法基于空间矢量脉宽调制法(SVPWM),通过选取合适的冗余开关状态,控制电容电流,从而达到控制电容电压的平衡目的。仿真验证了该算法的有效性。

五电平逆变器空间矢量欠调制模式的研究

采用空间矢量调制的多电平逆变器受到了越来越广泛的重视。但随着电平数的增加, 空间矢量成几何级数增多,五电平逆变器的空间矢量个数多达125个,这给空间矢量调制的实现带来了极大困难。目前文献仅限于研究三电平逆变器的空间矢量实现算法,或笼统给出多电平逆变器的通用算法,都缺乏对五电平逆变器的空间矢量的具体算法以及如何利用具体每一个冗余开关矢量、开关状态等问题的实现进行细致的研究。本文针对合理地利用每个开关矢量,确定了每个开关矢量的作用时间和作用次序,得到了欠调制模式下五电平逆变器每个空间矢量的开关函数; 并通过仿真,证明了所提出的算法的有效性和正确性,对于进一步研究五电平逆变器应用于交流传动领域具有重要的意义。

混合五电平逆变器的单载波双调制波调制策略

以电容箝位型混合五电平逆变器为研究对象,在分析其工作原理及电容电压平衡控制的基础上,提出了一种适用于该混合五电平逆变器的单载波双调制波脉冲宽度调制(PWM)策略。通过控制一个载波周期内电容的充放电量相等来保持其电压平衡,同时只需数字信号处理器(DSP)上的一个ePWM模块即可实现该混合五电平逆变器的控制,降低了控制难度,最大限度地节约了DSP片上资源。实验结果验证了所提调制策略的正确性和可行性。

五电平逆变器窄脉冲补偿方法的研究

以五电平逆变器为例对多电平逆变器窄脉冲补偿方法进行了研究,分析了窄脉冲的各种情形,基于多电平载波PWM方法,提出了一种综合的处理方法——多电平零序电压注入(MultilevelZero-sequenceVoltageInjection,即MZSVI)补偿方法,即注入同符号零序电压、取三相中零序电压的极值以及两倍最小脉宽零序电压注入方法。仿真结果表明,采用MZSVI补偿方法后提高了输出电压,输出电压总谐波含量THD也大大减小。MZSVI方法可以推广到任意电平的逆变器的控制,可以有效地进行控制更高电压的中压大功率变流器,而且这种方法也适用于其它类型的多电平逆变器的窄脉冲补偿。