三电平NPC变流器双调制波载波调制策略调制波最优解的研究

在三电平NPC变流器的调制策略中,传统的载波调制策略会引发直流侧中点电压的波动,且该波动在特定的调制度和功率因数下不能通过调制波叠加零序分量法消除。本文分析了三电平NPC变流器双调制波载波调制策略的基本原理,并在此基础上提出了一类双调制波载波调制策略调制波的最优解。该类最优解一共有64个,它们具有如下特点:1可以实现任意调制度和功率因数下直流中点电压开关周期内无波动;2结果简单,无需复杂运算;3直流电压利用率是传统载波调制策略的1.154倍;4开关损耗在满足1的双调制波载波调制策略中为最小;5输出相电压THD特性在满足1的双调制波载波调制策略中为最小。仿真和实验结果验证了本文的分析。

新型三电平NPC变流器双调制波载波调制策略

提出了一种新型三电平中点箝位(NPC)变流器双调制波载波调制策略。研究了新策略调制波与传统正弦脉宽调制(SPWM)策略调制波的关系,在尽可能减小系统开关频率的前提下推导了新策略调制波的解,并对新策略的直流电压利用率、器件开关频率和输出相电压总谐波畸变率(THD)等特性进行了深入研究,最后进行了实验验证。与传统三电平SPWM策略相比,虽然新型双调制波载波调制策略功率器件开关频率较高,但该策略在任意调制度和任意功率因数下均可保持直流电容电压的平衡,且具有简单易行、易于数字化实现的优点。

一种低输入电流总谐波畸变率的三相Buck整流器不对称调制策略

传统空间矢量脉宽调制(SVPWM)三相Buck整流器没有考虑直流链电流纹波对输入电流的影响,且在扇区切换点处输入电流存在严重畸变,导致输入电流总谐波畸变率(THD)升高。该文分析直流链电流纹波对三相Buck整流器输入电流的影响,分析输入电流扇区切换点畸变产生的原因,提出一种新型不对称SVPWM策略,显著降低了三相Buck整流器的输入电流THD。最后,通过仿真和1 kW的实验样机验证了理论分析的正确性以及所提调制策略的有效性。

适用于三电平逆变器低调制比区域的双极性载波脉宽调制策略研究

当三电平逆变器工作在低调制比区域时,窄脉冲对输出电压的畸变影响尤其显著,甚至会导致逆变器运行不可控,而传统空间矢量脉宽调制策略(space vector PWM,SVPWM)在低调制比区域存在窄脉冲。针对以上问题,该文首先分析传统SVPWM产生窄脉冲的原因,然后设计可抑制窄脉冲的双极性SVPWM。在此基础上,为更方便的实现双极性SVPWM,推导双极性SVPWM的等效双调制波表达式。通过制定双调制波与三角载波的比较规则,进一步提出双极性载波脉宽调制策略(bipolar carrier-based PWM,BCBPWM),并为其设计中点电压平衡控制和死区补偿方法。最后,分析BCBPWM的脉宽特性、中点电压波动、谐波性能和直流电压利用率。仿真和实验结果证明,相较传统SVPWM,BCBPWM可在低调制比区域完全消除窄脉冲、提升电流谐波性能,其可以控制中点电压平衡并具备计算简单、实现方便的优势。

一种双有源桥变换器单侧非对称占空比调制策略

针对双有源桥变换器在单移相调制策略中宽电压范围情况下的低效率问题,文中提出了一种单侧非对称占空比调制策略,显著的提升了双有源桥变换器的效率,尤其是在轻载情况下。首先描述了单侧非对称占空比调制方式的原理,并根据控制自由度的关系得到了两种工作模式。第二,基于时域分析,推导了两种工作模式的稳态特性,包括电感电流以及传输功率。第三,为了寻求控制自由度的最优组合,选择电感电流峰峰值作为优化目标,应用KKT条件得到了最优的单侧非对称占空比调制策略。最后,搭建了一台基于碳化硅器件的双有源桥变换器实验平台,实验验证了单侧非对称占空比调制策略的有效性。

基于双调制波的三电平NPC变流器载波调制策略

三电平NPC变流器的调制策略中,双调制波载波调制策略(double modulation wave carrier-based PWM,DMWPWM)是一种可以实现全调制度和全功率因数中点电压无波动的调制策略。首先分析了已有DMWPWM策略的基本原理,推导了DMWPWM策略调制波与传统SPWM策略调制波的关系,在此基础上提出了应用于三电平NPC变流器的DMWPWM策略。然后,从输出相电压总谐波畸变率(total harmonic distortion,THD)特性、直流电压利用率以及器件开关损耗三方面对新型DMWPWM策略与传统正弦脉冲宽度调制(sinusoidal pulse width modulation,SPWM)策略进行对比,进一步阐明了所提方法特点。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。

基于中压大功率变流器的新型双调制波载波的三电平PWM控制策略

随着风力发电机型向着大功率、高电压方向发展,现在PWM发波电路拓扑逐渐由两电平过渡到三电平。针对中压大功率变流器提出了新型的双调制波载波的三电平PWM控制策略。新型的双调制波载波PWM发波策略和传统的SVPWM具有等效的调制度,相比传统的SVPWM,具有算法编程简单,运算效率高,节省代码空间,易于实现,能实现抑制母线电压中点电位低频波动和直流波动。PWM发波的更新时刻由三角波载波单周期更新时刻改为双周期更新,等效提高了开关频率,使得控制电流具有更低的谐波。PWM发波的保护逻辑由硬件电路实现。新型的双调制波载波PWM发波策略已经在数学软件里进行离线仿真和硬件在环的基于电力电子的半实物平台仿真,最后新型的双调制波载波PWM发波策略运用在了4 MW的中压大功率变流器,具有良好的效果。

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。

中点钳位型三电平逆变器基于调制波分解的调制策略

对于中点钳位型三电平逆变器(NPC TLI),一般通过单调制波与双载波相比较的方式产生脉冲序列,即基于载波的脉宽调制(CBPWM)。然而,该方法在高调制度低功率因数条件下中点电位(NPV)会出现三倍频波动。针对此问题,该文介绍一种简便的调制波分解方法,并以无条件实现NPV平衡的虚拟空间矢量脉宽调制(VSVPWM)为例说明该方法的可行性。在此基础上,提出一种可同时实现NPV平衡和开关损耗降低的调制策略。该调制策略具有四种模式,因此,将其命名为FM_VSVPWM。此外,对比了FM_VSVPWM与CBPWM、VSVPWM的调制性能。最后,通过实验验证了FM_VSVPWM的有效性和优越性。

基于调制波分解的中点钳位型三电平逆变器的混合调制策略

对于中点钳位型三电平逆变器,传统的载波脉宽调制在高调制度低功率因数下中点电压会发生三倍频波动,而虚拟空间矢量调制虽然能实现中点电压无条件平衡,却存在开关损耗高的问题。针对上述问题,基于调制波分解的多约束目标的协调,提出一种适用于中点钳位型三电平逆变器的混合调制策略。该调制策略采用双调制波单载波比较的方式实现,分析开关次数和中点电压无条件平衡的两类约束,为了在确保中点电压平衡的条件下降低开关损耗,提出上述两类约束的混合调制策略。在此基础上,探讨两种约束下的中点电压主动控制方法。另外,还对比了混合调制策略与其他调制策略的性能指标。混合调制策略可以在全调制度全功率因数下实现中点电压平衡,且相比虚拟空间矢量调制开关损耗有所降低,实验结果证明了其可行性和优越性。

基于双载波调制策略的模块化多电平矩阵变换器的优化电平方法

模块化多电平矩阵变换器(modularmultilevelmatrixconverter,MMMC)具备模块化的优点,能实现三相AC-AC的变换,且可用于高电压大功率的场合。但传统的载波移相调制策略在MMMC的模块数为偶数时,会导致桥臂上两两H桥子模块的输出电压发生100%的重合,从而致使桥臂上H桥子模块不能被高效使用。另一方面,桥臂上H桥子模块总输出电平数也会因此锐减,使得MMMC的工作效率低下。为了解决上述问题,提出一种新型的调制策略(即双载波调制策略)能够解决此问题且能大大提高MMMC的输出效果。通过理论分析、推导和在MATLAB/Simulink仿真平台上进行两种调制策略的仿真对比,验证了在MMMC的模块数为偶数时,在同等条件下,采用新型调制策略的输出效果优于采用传统调制策略的输出效果,且新型调制策略仅需传统调制策略一半的模块数就能达到与传统的调制策略一样的效果。因此新型的调制策略具有更高的经济性和应用价值。

二极管钳位多电平空间矢量与载波调制策略统一理论研究

多电平变换器脉宽调制(pulse width modulation,PWM)控制方法主要有正弦载波PWM法(sinusoidal carrier-based modulation,SPWM)和空间矢量脉宽调制法(space vector pulse width modulation,SVPWM),这两种调制策略存在一定的本质关系,在两电平或三电平中,对于两种调制算法的内在联系已有许多论述,但对于更高电平的SVPWM调制中,一般由于多电平冗余电压矢量过多,调制序列较复杂,文献中对SPWM与SVPWM的统一理论研究存在一定的不足。该文针对这一问题,深入研究多电平SVPWM调制序列与SPWM的统一,通过在SPWM调制波中叠加零序分量得到与SVPWM完全吻合的序列,最终推导出n电平含任意段数的SVPWM序列与SPWM的统一。

矩阵变换器调制策略的同一性研究及其载波实现

矩阵变换器的调制策略复杂且方法众多。为便于对其各自的输入输出性能进行比较与优化,采用零序矩阵与旋转变换,将矩阵变换器任意调制策略化简为坐标系下的二阶矩阵,通过矢量计算给出通解,并利用双调制波–载波方式可以灵活改变开关顺序的优点,得到矩阵变换器的通用调制策略。将此调制策略与传统的AV调制、空间矢量调制、双电压调制进行比较,给出任意功率因数下,三种算法的零序矩阵、旋转矩阵与开关切换特点,并利用载波予以实现。针对双电压调制法可以抵抗电网扰动,在旋转矩阵中予以分析比较,说明该优点是矢量实时计算的结果。仿真与实验结果验证了算法的正确性。

新颖的双调制波三电平载波脉宽调制方法

传统三电平载波脉宽调制(pulse width modulation,PWM)每相只有一个调制波,在部分调制度和功率因数下无法完全消除三电平中点箝位(neutral point clamped,NPC)逆变器中点电位的低频波动。提出一种新的双调制波载波PWM(double modulation wave carrier-based PWM,DMWPWM)。这种新的PWM根据电压等效原则和中点平衡原则把传统PWM每相的1个调制波分解成2个调制波来实现调制,其突出优点在于能够在所有线性调制度和全部功率因数范围内完全消除三电平NPC逆变器中点电位的低频波动。详细阐述这种新PWM的基本原理,并通过仿真和实验研究验证该PWM的有效性。

三电平双组双调制波载波脉宽调制方法

中点电位不平衡问题是三电平中点钳位(neutral point clamped,NPC)逆变器的固有问题,目前的中点电位平衡方法或者在部分条件下无法完全消除中点电位低频波动,或者存在开关频率偏高的问题。提出一种双组双调制波载波脉宽调制(double-group double-modulation-wave carrier-based pulse width modulation,DGDMWPWM)方法。DGDMWPWM由平均中点电流大小相等方向相反的两组双调制波根据中点电位的方向进行切换调制,既能完全消除三电平NPC逆变器的中点电位低频波动,又具有开关频率较低的优点。详细阐述该脉宽调制(pulse width modulation,PWM)的基本原理,并通过仿真和实验研究验证了该PWM的有效性。

双散射信道条件下六边形多载波调制系统的定时同步算法

在双散射信道条件下,以时频平面上任一点处期望信号能量与脉冲间干扰能量以及加性噪声能量的信干噪比为目标函数,将目标函数取最大值的时刻作为六边形多载波调制系统的最优定时时刻,推导出最优定时时刻的迭代算法,得出信道平均时延可以作为近似最优定时时刻的结论,并提出一种频域近似最优定时同步算法.理论分析与计算机仿真结果表明,在双散射信道条件下与传统的定时时刻相比,最优定时时刻在信噪比为30dB时能够获得2～3dB的信干噪比增益,提出频域近似最优定时同步算法在存在载波频偏时估计的均方误差小于10-4.

基于双调制波的三电平NPC逆变器控制策略

中点箝位型(NPC)三电平逆变器在实际使用过程中,其中点电压不平衡问题一直存在。首先分析了直流侧电容电压不平衡原因实际是由于"O"状态充放电不平衡造成,针对传统载波调制受负载功率因数限制的不足,提出一种双调制波载波脉宽调制(DMWPWM)策略,该策略通过注入电压补偿量以调整"O"状态的占空比,来达到能在负载任意功率因数范围内实现直流侧电容电压平衡的目的。为减小开关损耗,电压补偿量只叠加在双调制波均不为零的情况下。最后通过仿真和实验验证,证明了该策略分析方法的正确性和有效性。

新颖的双调制波中点电位控制策略的研究

针对三电平中点钳位式逆变器中点电位平衡的问题,建立了中点电位小信号模型,提出了一种新颖的中点电位闭环控制策略。该控制策略采用双调制波脉宽调制方法,不仅可以获得较高的直流电压利用率还消除了中点电位的低频振荡;采用PI调节器作为控制器,具有中点电位动态响应快,并可以实现中点电位的稳态无静差控制。在三电平中点钳位逆变器实验平台上进行了实验验证。实验结果证明了所提出控制策略的正确性和有效性。

基于超宽带系统MIMO双载波调制解调技术

超宽带(Ultra-Wide Band, UWB)系统目前可以实现600 Mb/s的高速率传输,但此速率传输模式的最大通信范围只能覆盖到3 m。为了提高超宽带系统传输性能,同时降低信道衰落效应,本文提出多输入多输出双载波调制解调技术,在保持原有带宽和天线发送功率的条件下,提高系统数据传输速率,扩大通信覆盖范围。理论分析和实验测试结果证实此调制解调技术使超宽带系统的数据传输速率最高达1.2 Gb/s和通信覆盖范围最远达4 m。

基于双调制波的MMC载波调制策略

针对运行在低开关频率下的模块化多电平换流器(MMC)在传统载波调制中存在的输出电压总谐波畸变率(THD)高、子模块电压脉动幅值大等问题,提出了一种双调制波载波脉宽调制(DMWPWM)策略。将两个调制波的载波进行反相,以实现桥臂电平两倍的等效开关频率输出,降低输出电平的低频谐波分量。为尽可能减小排序均压控制过程中所导致的子模块电容电压过充及过放,通过无差拍预测定量分配控制误差最大的子模块的充放电投切时间以减小幅值波动。最终通过17电平MMC硬件以及仿真平台对桥臂输出电平频谱分布、子模块电压幅值脉动及幅值方差、输出电压THD进行对比研究。仿真和实验结果均表明DMWPWM策略可有效降低输出电压THD,并减小桥臂中的子模块电压幅值方差。