基于冗余矢量的中点箝位型三电平双有源桥变换器的电容电压平衡策略

中点箝位型(NPC)三电平双有源桥(DAB)变换器相对传统DAB变换器可以实现更高的电压等级和更宽的运行范围,具有广阔应用前景;但NPC型DAB变换器存在电容器电压不平衡的问题,影响变换器的运行性能。文章针对NPC型DAB变换器进行了三自由度控制策略的功率传输特性分析,并根据功率传输特性实现了对其功率传输的有效控制。对于其电容电压不平衡问题,文章提出了一种基于冗余矢量的电容电压平衡策略,相对于传统的电容电压平衡策略,该平衡策略可以在不影响传输功率的基础上实现更快的电容电压平衡。仿真结果表明,文章所提控制策略可使变换器在输出电压参考值改变时,电容器电压仍能很好地维持平衡状态,实现在仅有1%波动量的暂态情况下,在0.000 4 s内趋于稳定。

基于有源中点钳位五电平电路的双有源桥DC/DC变换器

采用多电平电路构建的双有源桥(dual active bridge,DAB)DC/DC变换器可适用于更高的电压等级并能显著地提高功率密度及性能。基于九开关管五电平有源中点钳位(five-level active neutral point clamed,5L ANPC)电路构建DAB变换器,消除传统的八开关管5L ANPC电路所存在的电平跳变问题。通过分析开关状态之间的切换过程,选取的零开关状态实现所有高压开关管的软开关运行;通过分析不同开关序列对飞跨电容电压和直流侧中点电压的影响,提出一种飞跨电容电压的平衡控制方法。基于1kW样机的实验结果表明,该文构建的5L ANPC DAB变换器获得了优良的性能。

基于五电平有源中点钳位型双PWM变换器的异步电机矢量控制系统

一种基于五电平有源中点钳位型(ANPC)双PWM变换器的异步电机矢量控制系统,其整流侧和逆变侧变换器分别采用五电平ANPC拓扑背靠背连接,可实现网侧单位功率因数输入和异步电机的四象限运行。整流侧采用电网电压定向矢量控制实现有功功率和无功功率的解耦控制。逆变侧采用转子磁场定向矢量控制实现异步电机的高性能变频调速。设计并制作了一台380V/10 kW的样机,实验结果表明该样机运行稳定,控制算法正确可靠。

具有共模电压减小和电容电压平衡的五电平有源中点钳位型变换器SVPWM算法

针对五电平有源中点钳位型(ANPC)变换器共模电压和电容电压平衡问题,提出一种基于gh坐标系的改进空间电压矢量调制(SVPWM)算法。所提SVPWM算法能够减小共模电压,同时实现悬浮电容电压和直流侧电容电压的平衡控制。首先,通过选取合适的冗余开关状态减小共模电压。其次,根据各相悬浮电容电压偏差和输出电流方向,选取合适的冗余开关组合,实现悬浮电容电压平衡。同时,提出一种中点电压模型预测控制(MPC)策略,根据目标函数对所有五段式开关序列进行滚动寻优,选取最优开关序列。最后,实验验证了所提SVPWM算法的有效性。

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。

五电平ANPC变换器多目标优化调制技术研究

针对五电平有源钳位型变换器现有的调制策略存在SPWM直流侧电压利用率低,中点电压控制的计算复杂,SVPWM数字化实现难度大等问题,研究了一种操作简单,满足电压利用率高、中点电位平衡、悬浮电容电压稳定、共模电压较小等多目标优化的五电平新型SPWM调制算法。首先通过研究SVPWM与SPWM的本质联系,将SVPWM等效至PD-SPWM,其次分析不影响中点电位平衡的共模电压抑制边界,重构五电平低幅值共模电压矢量空间,并采用注入零序电压自由选择开关序列、实时切换等效PD-SPWM种类等方法实现多目标优化。最后搭建了实验样机,应用仿真和实验等手段对多目标优化算法进行了验证,试验结果表明在保证中点电压平衡、悬浮电容电压稳定可控的同时,共模电压幅值减小约32.8%,表明了优化的有效性。

中点箝位型三电平变换器SHEPWM方法研究

简单介绍了中点箝位型三电平变换器SHEPWM的原理,基于M ATLAB的FSOLVE函数解SHEPWM超越方程的方法,绘出了当超越方程个数N=11时的解轨迹曲线,从曲线上分析SHEPWM方法最大调制比可以达到1.15。为了验证上述解轨迹曲线的正确性和研究中点箝位型三电平变换器SHEPWM方法在不同调制比下的实际消谐波效果和相线电压谐波畸变,用M ATLAB的S IMUL INK图形化工具GU I仿真了各调制比下N=11时候相线电压的谐波畸变,并绘出了相线电压的消谐波效果和输出的相线电压和调制比关系曲线,得知随着调制比增大,实际的消谐波效果越来越好、输出相线电压的谐波畸变率THD也呈快速下降趋势。最后建立了三电平变换器的实验模型,用实验室开发的电力电子数控开发平台控制异步电动机的变频调速。实验结果与仿真结果一致,证实了FSOLVE函数求解的正确性和DSP数控系统控制电机调速的方便性。

中点箝位型三电平变换器系统安全工作区的刻画及应用

为了提高中点箝位型三电平变换器的可靠性,基于器件的安全工作区,综合考虑了变换器的拓扑结构、直流母线杂散参数、控制系统的延迟以及温度等因素,推导出了变换器系统安全工作区(SSOA)的数学模型。定量分析了结温和风速对SSOA边界的影响,并分别刻画了结温和风速影响下SSOA的三维立体图形。应用该方法对55 kW/380 V的变换器样机进行保护设计,通过实验验证了基于SSOA所设定的保护边界的有效性,表明SSOA可以保障变换器的可靠稳定运行,提高变换器的可持续运行能力。

中点箝位型三电平变换器SFOPWM方法的研究

介绍了中点箝位型三电平变换器中的一种典型载波 PWM 方法——开关频率优化 PWM(SFOPWM),这种方法由于注入零序的三次三角波,调制比最大可以达到1.15;另外通过适当选择载波和调制波之间的相移可以减少开关次数。仿真和实验结果验证了该方法的特点。

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。

基于零序电压注入的五电平有源中点钳位型逆变器多目标优化控制策略

针对五电平有源中点钳位型逆变器的母线中点电压平衡、开关频率优化以及共模电压抑制等多目标优化问题展开研究,本文提出了一种基于零序电压注入的方法控制母线中点电压平衡,通过计算所有关键零序电压对应的中点电流,并从中选择最优的关键零序电压来产生所需的目标中点电流,从而使母线中点电压波动最小。在此基础上进一步限制注入的零序电压的取值范围,可使得串联双管工作在基频,同时限制共模电压的幅值不超过母线电压的1/4。实验结果表明了该控制策略的有效性。

有源中点钳位型五电平整流器电容建压方法

有源中点钳位型五电平(active neutral-point-clamed five-level,ANPC-5L)变换器在中高压大功率变频传动场合应用潜力巨大。针对传统电容建压方法无法适用于ANPC五电平整流器内部电容器的建压问题进行研究,在充分分析了其拓扑结构特点的基础上,提出了一种ANPC-5L整流器的电容建压方法,在不增加其他外部充电设备的前提下,通过控制每相桥臂中不同开关管的导通与关断,对整流器中的所有电容器进行充电。在分析不同阶段建压电路结构特点的基础上,推导出各阶段电容器建压公式,并给出建压速度与等效预充电阻及电容器容量的关系。该方法具有充电速度快、效果好、通用性强等特点,同时还具有成本低、操作简单、易于控制等优点。最后,以ANPC-5L整流器为例,进行了仿真和实验验证,仿真和实验结果均验证了所提电容建压方法的正确性和有效性。

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。

五电平有源中点钳位型逆变器的控制策略

五电平有源中点钳位逆变器(ANPC)是一种新型逆变器,弥补了传统逆变结构的缺陷,其转换效率更高,在中高压功率应用领域前景广阔.但是该逆变器的应用需要实现悬浮电容稳压控制和中点电位平衡控制.文中研究了五电平ANPC,提出了一个基于载波多电平调制技术的悬浮电容电压、中点电位的控制方法.SIMULINK仿真显示,该控制方法能快速实现悬浮电容的电压建立,使电压稳定在设定值,同时母线电位得到了有效控制.仿真实验验证了所提出的控制策略的控制效果,对于硬件装置的改进设计提供了参考依据.

二极管箝位型四电平逆变器的中点电压平衡控制方法

二极管箝位型四电平逆变器具有开关器件少、输出电压高、结构紧凑、功率密度高的优点,在中压变频调速领域有很好的应用潜力。针对其母线中点电压平衡问题,提出一种新型载波交叠PWM调制策略,满足伏秒平衡原则。在此基础上进一步提出了一种可平衡母线中点电压的解耦控制方法,将3个母线电容的电压平衡控制分为2个解耦的控制目标:1)上、下母线电容电压的平衡控制;2)中间母线电容电压平衡控制。首先通过零序电压注入的方式实现上、下母线电容电压的平衡控制,其次通过微调PWM脉冲占空比的方式实现母线中间电容的电压平衡控制。研制了一台二极管箝位型四电平逆变器的小功率实验样机并实验证明了该调制策略以及电压平衡控制方法的正确性和有效性。

一种新型H桥五电平有源中点钳位逆变器控制策略

保持母线中点电位和悬浮电容电压的稳定是H桥型五电平有源中点钳位型逆变器稳定工作的前提。针对上述问题,本文在载波层叠调制策略的基础上,分析不同开关状态对悬浮电容电压的影响,通过选择合适的冗余开关状态实现悬浮电容电压的稳定;对于母线中点电位平衡控制问题,提出了修正H桥左右桥臂参考波电压比例分配实现平衡控制,最后通过Matlab/Simulink仿真结果验证所提控制策略的有效性。

基于深度学习的多电平变换器故障诊断教学案例研究

为适应电力系统对高压、大功率及改善电能质量的需求,多电平变换器的电平等级不断提升,其电路结构日趋复杂。电路中半导体功率开关器件的增加不可避免地增加了系统故障的风险。因此,多电平变换器的故障诊断逐渐成为电力电子可靠性研究领域的关注焦点。大数据和人工智能技术的普及推动了基于数据驱动的多电平变换器智能故障诊断技术的发展。为此,设计了针对多电平变换器智能故障诊断的教学案例,基于嵌套式中点可控型五电平变换器,结合特征工程和深度学习算法,实现对变换器开关器件故障的检测和定位。此综合案例将人工智能和电力电子领域紧密结合,帮助学生深入理解理论知识和研究方法,提高工程实践应用能力,培养科研素养和创新精神。

一种基于虚拟空间矢量的三电平NPC变换器中点电位平衡控制方法

为了解决中点箝位式(NPC)的三电平变换器拓扑结构容易导致直流侧中点电位不平衡和传统虚拟空间矢量脉宽调制(VSVPWM)在大调制比的情况下无法维持中点电位平衡的问题,在虚拟空间矢量脉宽调制的基础上,对虚拟零矢量、虚拟长矢量和虚拟中矢量进行了进一步的研究后,对这三个虚拟电压矢量的定义进行了改进,得到了一种改进的控制方法,使在高调制比下依然可以控制中点电位的平衡。从而与传统虚拟空间矢量脉宽调制方法相比,改进后的虚拟空间矢量脉宽调制方法让可控范围变大,整体的控制效果更好。最后进行了仿真,其结果证实了该控制方法在大调制比的情况下可以维持直流侧中点电位的平衡。

多电平变换器中性点电压平衡控制的拓展型教学案例设计

多电平变换器是电力电子领域的重要研究方向。针对多电平变换器中性点电压平衡控制,设计了实验教学案例。由于涉及功率开关器件、拓扑结构、电路分析、变换器建模、调制与控制等知识,多电平变换器的学习要求学生具有一定的背景知识。对于广泛应用的中性点钳位型变换器,直流侧电容器的电压平衡控制是保障系统安全稳定运行的关键技术之一。基于嵌套式中点可控型五电平变换器,对其中性点电压平衡问题展开讨论。通过循序渐进的课程设置,让学生从原理到实践了解并掌握相关知识;鼓励学生进一步在拓扑结构、调制算法和控制策略等方面提出自己的优化思想和创新思路。