T型三电平逆变器开路故障诊断方法研究

本文以三相T型三电平逆变器为研究载体,以开关器件开路故障作为研究对象,采用“数据采集-特征提取-特征识别-软硬件部署”的工作范式,提出基于数据驱动的开关器件故障诊断方法。通过搭建完整诊断仿真平台,在基波周期时间尺度给出诊断结果,取得了95%以上的故障诊断准确率。

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。

基于自适应电流预测模型的LCL型三电平逆变器并联零序环流抑制策略

提出了一种基于自适应电流预测模型的零序环流抑制策略,该策略适用于共直流母线的并联运行的三电平逆变器。首先构建了零序环流等效模型,分析证明了并联系统的中点电位差和共模电压差为零序环流激励源;随后提出了一种基于预测模型的零共模电压控制方法,兼顾了中点电位平衡的控制效果并改善了并网电流质量,同时对并联系统之间的零序环流进行了有效抑制;其次设计了一种自适应电流预测模型,提高了在参数失配下并网电流的跟踪性能,减少了误差;最后通过MATLAB/Simulink平台搭建仿真模型,验证了所提控制策略的可行性和有效性。

中点钳位型三电平逆变器并联系统的零序环流抑制策略

针对中点钳位型(NPC)三电平逆变器并联系统内普遍存在的零序环流问题,该文首先分析模块间环流的通路,建立零序环流的电路和数学模型。根据等效模型阐述零序环流各成分的产生机制,并对零序环流进行定量分析。定义零序环流的三类具体成分:通态零序环流、开关零序环流及混合零序环流。对于不同类别的零序环流,提出共享直流侧中线和改进型LCL滤波器的硬件措施及准比例积分谐振(PIR)控制器的软件措施去抑制对应环流成分的高频、低频分量;另外,针对改进型LCL滤波器中交流滤波电容中点和直流侧电容中点连接电缆上有较大高频电流的缺陷,提出载波移相控制下模块共用滤波电容的优化方案,在保证环流抑制效果的同时将奇数次开关频率的高频纹波转移到共用电容上,实现奇数纹波分量的自动抵消,使连接电缆上的电流减小近50%;最后,仿真与实验结果验证了所提环流抑制策略的可行性。

二极管箝位型三电平逆变器控制系统研究

该文对二极管箝位型三电平逆变器的控制系统进行研究。为了对输出电压的波形进行控制,该文建立了三电平逆变器的数学模型,使用输出电压瞬时值控制系统来获得高质量的输出电压波形。中点平衡问题是三电平逆变器的一个固有问题,该文对此进行了深入探讨,并提出了一种基于各相桥臂输出电流方向和中点波动方向检测的中点平衡控制方法。实验结果验证了控制方案的正确性和可行性。

采用IGCT电压型三电平逆变器的高压变频调速器

集成门极换向型晶闸管 ( IGCT)的优良性能使其适合于实现高—高方式的高压变频调速装置。文中提出了基于 IGCT中点箝位电压型三电平逆变器的高压变频调速装置主电路 ,并给出了一台 6k V/1 80 0 k VA高压变频调速装置的实现。装置交流输入侧采用变压器隔离的 2 4脉冲整流电路来保证输入侧功率因数大于 0 .96,中间直流环节直流电压为 1 0 k V,逆变部分采用中点箝位( NPC)电压型三电平逆变器输出三相 6k V线电压 ,每只开关器件由 2只 4.5 k V IGCT器件串联构成。逆变器采用变频的特定谐波消除脉宽调制 ( SHE- PWM) ,且输出侧采用 LC滤波器来减小输出电压的谐波畸变率及 dv/dt。装置采用 IGCT作为电子开关进行输出过电流保护。装置实验表明 ,这种高压变频器具有很好的性能及可靠性。

并联T型三电平逆变器环流抑制和中点平衡研究

T型三电平逆变器的并联能够增加系统容量和可靠性,但是存在的环流会导致输出电流畸变甚至造成系统崩溃。而且并联T型三电平逆变器因中点电位和零序电流相互耦合,其环流情况更为严重,抑制难度剧增。为此该文提出一种新型空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)策略实现并联T型三电平逆变器环流抑制和中点平衡控制。该文在分析T型三电平逆变器并联模型的基础上,通过检测逆变器零序电流状态,实时选择合适的P-Type和N-type小矢量抑制零序环流;并针对T型三电平逆变器存在直流侧电容中点电位不平衡的固有问题,通过增加或者减少小矢量作用时间实现中点电位平衡控制。此外,上述方法能够同时减少开关频率和降低开关损耗。实验验证了新型SVPWM策略能够在不同电流情况下实现很好的环流抑制和中点电位控制。

基于中点钳位型三电平逆变器的改进型虚拟空间矢量调制策略

在高电压大功率应用场合中,中点钳位型(NPC)三电平逆变器是一种被广泛应用的多电平逆变器,但是该类型逆变器存在中点电压波动和共模电压问题。针对上述两个问题提出一种改进型虚拟空间矢量(NTV^2)调制法,采用零矢量、中矢量和大矢量对虚拟小矢量和中矢量重新定义,使得到的虚拟矢量产生的共模电压最大值为U_(dc)/6,是传统虚拟空间矢量法产生的共模电压幅值的1/2,从而实现对共模电压的抑制。在此基础上,通过合理选取虚拟中矢量分配系数的值,可以在一定范围内抑制中点电压的波动。与传统虚拟空间矢量法相比,所提方法能够有效地抑制共模电压和中点电压波动。仿真和实验验证了该方法的正确性和有效性。

T型三电平逆变器馈电双三相PMSM直接转矩控制

提出了一种T型三电平逆变器馈电双三相PMSM驱动系统直接转矩控制(DTC)策略。该系统既具有多相电机转矩脉动小、电流应力小和故障容错能力强的优点,也继承了T型三电平电机驱动谐波性能好、可靠性高的特点。该文所提出的基于双空间矢量调制(SVM)技术的直接转矩控制策略保留了DTC快速动态响应特性。与基于空间矢量解耦(VSD)的SVM技术相比,双SVM技术避免了复杂的矢量合成过程,并具有良好的谐波控制效果。所提出的控制策略还设计了谐波电流闭环控制器,能够有效抑制由绕组不对称、反电动势谐波、死区等非线性因素引起的低次谐波电流。通过实验验证了所提出的T型三电平逆变器馈电双三相PMSM驱动系统DTC策略的有效性。

改进的中点钳位型三电平逆变器非连续脉宽调制策略

为了降低开关损耗,非连续脉宽调制(DPWM)方法被广泛应用于中点钳位型三电平逆变器(NPC-TLI),但是DPWM在中点电压的控制上表现了某些不足。为了减少NPC-TLI的开关损耗并同时控制中点电压,文中采用切换钳位模式来实现对中点电压的有效控制。为了避免在切换钳位模式时引入附加开关动作,提出了一种可实现钳位模式无缝切换的改进的脉宽序列的DPWM策略。通过仿真和实验,对所提策略、传统DPWM和现有优化DPWM算法进行了比较。理论分析和实验结果均表明,所提策略具有良好的中点电压控制能力以及开关损耗降低能力。

NPC型三电平逆变器SVPWM控制方法及中点电位平衡研究

二极管箝位型(NPC)三电平逆变器在中、高压大容量功率变换装置中的需求越来越迫切,目前已成为研究的热点。讨论利用功率开关所生成的不同电压矢量优化合成旋转参考空间电压矢量及各矢量作用时间分配的方案,实现SVPWM控制策略驱动逆变器;讨论实时改变控制负小矢量作用时间的系数以平衡直流侧母线中点电位的问题。仿真结果验证了NPC三电平逆变器SVPWM控制策略的正确性及中点电位平衡控制的有效性。

T型三电平逆变器无差拍电流预测和中点平衡控制方法

根据T型三电平逆变器的特点,提出一种新型无差拍预测控制方法。和传统无差拍方法相比,该方法能够提高电流跟踪的速度和精度,在相同开关频率下可使输出并网电流畸变减少。为了进一步解决T型三电平逆变器固有的中点不平衡问题,提出一种新型SVPWM调制策略实现中点平衡控制。在分析T型三电平逆变器模型的基础上,根据上侧电容和下侧电容电压的差值,通过增加或者减少小矢量作用时间实现中点电位平衡控制。实验结果验证了所提出的新型无差拍控制和SVPWM调制策略可以同时实现并网电流快速跟踪和中点平衡控制问题。

基于DPWM的T型三电平逆变器中点平衡研究

T型三电平逆变器广泛应用于光伏发电设备。本文提出一种新型DPWM(discontinuous pulsewidth modulation,DPWM)方法实现中点平衡控制。T型三电平逆变器的性能受到中点平衡的影响。因此,直流侧电容电压需要控制平衡。传统SVPWM和注入零序分量通过改变零矢量实现中点平衡控制,但是上述方法开关损耗较大。为此本文在DPWM基础上通过改变调制波的作用角度实现中点平衡控制,而且上述方法能够降低开关损耗。仿真和实验验证了新型DPWM调制能够实现中点平衡控制和良好的输出电流波形。

基于无差拍控制的T型三电平逆变器中点电位平衡策略

针对T型三电平逆变器中点电位不平衡问题,提出一种基于无差拍控制的T型三电平逆变器中点电位平衡方法。首先建立中点电位变化量、相电流和开关矢量占空比的数学关系,在此基础上引入描述小矢量调节中点电位能力的评价指标,当两个小矢量同时存在时,通过比较两个小矢量的调节能力选择不同的开关调制方式。根据给出的数学关系和空间矢量调制方式,提出中点电位平衡无差拍控制模型,对调节能力较强的小矢量占空比进行调整,可以快速实现中点电位平衡控制。仿真和实验结果表明该方法具有良好的中点电位平衡控制性能,有效抑制了中点电位波动,同时减小了输出电压电流谐波。

T型三电平逆变器并联系统的故障容错控制方法

逆变器并联运行是实现系统大容量化和功率调控的关键途径,但并联逆变器间零序环流引发的电流畸变、稳定性差等问题随之而来。此外,随着并联系统功率开关管数量的大幅增加,加之运行工况的复杂多变及其自身老化,开关管故障率也随之增加。然而,现有文献均未给出并联系统零序环流抑制下开关管的故障容错控制方法。为此,文中提出基于零序环流抑制的容错控制方法。首先,构建基于"比例+前馈"的零序环流控制器,实时调整两台逆变器的零序占空比之差,完成并联系统的零序环流抑制。然后,通过实时改变故障相的状态切换方式,并辅以"面积等效原理"准则,进行开关序列的重构,在不影响零序环流抑制的前提下,实现开关管开路故障下的容错控制。与现有方法相比,文中方法不仅实现了零序环流的抑制,而且完成了开关管开路故障时的容错控制,显著提升了并联系统正常运行与开关管故障下运行时的交流侧电能质量,切实保障了系统的安全可靠运行。最后,通过仿真和实验验证提出方法的可行性与正确性。

基于死区消除与补偿的T型三电平逆变器控制策略

为了避免三电平逆变器的上下桥臂直通,开关切换过程中会引入死区.死区会提高逆变器的输出电流谐波,降低逆变器的输出电压和电流.文中分析了死区在开关管换流过程中的作用,并在此基础上提出一种死区消除与补偿相结合的方法来消除其对逆变器的不利影响.当相电流足够大时,可以根据电流的方向输入不同的驱动信号,达到在没有死区的情况下防止开关管短路的目的.当相电流接近零点时,由于电流纹波的影响,死区消除方法并不适用,只能通过引入死区来提高逆变器的稳定性,然后通过死区补偿来消除其不利影响.实验结果证明,文中方法可以有效地解决死区问题.

T型三电平逆变器中点电压平衡控制

针对T型三电平逆变器拓扑的中点电压不平衡的问题,提出了一种基于时间分配因子的调节方法来控制中点电压的平衡。分析了其输出电压和开关状态的对应关系及换流过程,研究了空间矢量脉冲调制(SVPWM)方法的调制原理和实现方式,通过调整正负小矢量的时间分配因子实现对中点电压的精确控制。最后在Matlab下建立以T型三电平逆变器拓扑的SVPWM的仿真模型,仿真结果证实了所提出的基于分配因子法的SVPWM是可行的,能有效地抑制中点电压的波动。

基于神经元Proportional Integral自适应控制的T型三电平逆变器中点电位平衡控制研究

本文针对T型三电平逆变器固有存在的中点电压不平衡波动的问题,通过建模分析得到T型三电平逆变器中点电压不平衡的原因,采取对逆变器增设平衡电路用来控制中点电位平衡的方法,并对该平衡电路提出了一种基于神经元PI自适应控制策略。分别对常规传统PI调节器法和基于神经元PI自适应调节法进行了Matlab/Simulink对比仿真研究与分析。仿真结果表明,基于神经元PI自适应控制策略对于中点电位平衡效果要优于常规传统PI调节器。

T型三电平逆变器的并网电流D-Σ数字控制算法

为了提高T型三电平逆变器的并网电流质量,加快并网逆变器系统的动态响应速度,提高稳态控制精度,研究一种基于D-Σ数字控制的并网电流控制方法。根据T型三电平逆变器的单相等效电路,建立T型三电平逆变器的暂态数学模型,深入分析D-Σ数字控制原理,提出电网中性点与直流侧中点之间共模电压的预估方法,对比分析D-Σ数字控制与传统无差拍控制的动静态性能。通过仿真和实验研究证明了D-Σ数字控制的有效性和共模电压预估的正确性,充分展示了该算法优良的动静态性能。