混合级联H桥逆变器的新型SHEPWM功率均衡控制策略

对于直流侧电压比为1∶1∶2的混合级联H桥逆变器,传统的指定谐波消除脉宽调制法(SHEPWM)存在各单元间输出功率不均衡问题,因此,提出一种双层功率均衡调制策略。首先,通过对消谐方程组中的基波幅值方程表达式进行等效拆分,使2个低压H桥单元的输出电压基波幅值之和与高压H桥单元的输出电压基波幅值相等,实现了高低压H桥单元间的功率均衡,即外层功率均衡。其次,利用逻辑运算的方法对低压单元的初始驱动信号进行逻辑重组,实现2个低压单元间的功率均衡,即内层功率均衡;然后使用改进的实数型遗传算法(IRCGA-2)求出消谐方程组的解,消除指定的谐波,得到高质量的输出电压。最后,通过仿真和实验证明了调制策略的正确性与有效性。

一种级联H桥多电平逆变器故障诊断方法

为了诊断级联H桥多电平逆变器的开关管开路故障,提出一种基于载波层叠调制(LSPWM)技术的故障诊断方法,直接对H桥输出电压、负载电流和驱动信号的输出特性曲线进行分析。当部分驱动信号断开后,相应的电流和电压出现部分缺失和波动,从而推出故障情况下三者之间的对应关系。依据调制波和负载电流的方向,将系统运行分为4种工作模式,并在特定模式下诊断故障。对故障情况下负载电流过零处的特性曲线进行分析,用以识别H桥中对角开关故障。与现有方法相比,该方法扩展基于LSPWM下的故障范围为双管故障,诊断逻辑易于理解且不需要添加额外的硬件电路。通过仿真证明了所提故障诊断方法的正确性和有效性。

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。

三单元不对称级联H桥调制策略及推广

3:1:1型不对称级联H桥多电平逆变器输出电压谐波性能优异,但是在传统的调制策略下,存在高低压单元间电流倒灌问题,且传统调制策略仅仅适用于3:1:1型不对称级联H桥,不能推广应用。该文基于部分区间上高低压单元控制信号互补和移相载波调制策略提出了一种改进型混合频率载波调制策略。该文提出的调制策略不仅解决了传统调制策略下存在的高低压单元间的电流倒灌问题,而且可推广至n:1:1…型多电平逆变器的调制策略,同时给出各级联单元开关管控制信号的通用表达式,且可以实现所有低压单元间的功率均衡。仿真与实验结果证明了该调制策略的可行性,正确性与易推广性。

混合级联H桥低压单元功率均衡策略

目的三单元直流侧电压比为1∶1∶2型的混合级联H桥逆变器,在采用传统调制策略下,虽能够输出较好的电能质量,但逆变器低压单元在全调制度下会存在输出功率不均衡的问题,基于此,提出一种新型调制策略。方法基于传统的混合频率调制策略,首先对低压单元第二层载波进行重构,并利用重构后的载波特性为低压单元提供逻辑信号;其次通过对两个低压单元的脉冲信号进行逻辑运算控制,以获得低压单元功率开关器件的实际驱动信号,实现对低压单元脉冲信号的重新分配;为减少逆变器高压模块的开关损耗,对高压单元采用阶梯波调制方法。结果仿真结果表明:新型混合调制策略可以解决逆变器在全调制度下低压单元输出功率不均衡的问题,并且通过实验验证了新型调制策略可使低压单元输出功率达到近似1∶1的效果;仿真分析表明:采用新型调制策略的逆变器总谐波畸变率(Total Harmonic Distortion,THD)值有所降低。结论新型调制策略能够减少载波数目,均衡开关损耗,并且在保留传统混合频率调制优势的基础上,降低逆变器的THD含量,提高逆变器的电能输出质量,同时在两个载波周期内解决了低压单元全调制下输出功率不均衡的问题。

混合H桥级联多电平逆变器改进PD调制策略

混合级联H桥多电平逆变器拓扑结构在采用常用的混合调制策略进行控制时存在电流倒灌和能量反馈的问题,在部分调制比区间内甚至会出现高压单元输出功率回馈到低压单元的现象,当低压单元直流侧电压由不控整流桥提供时会使得直流母线电容电压上升。为解决该问题,文中提出一种基于改进载波层叠调制的控制方法,其中,高压H桥单元采用方波与三角载波相结合的方法,低压H桥单元采用改进PD调制的方法,对混合频率下所得脉冲进行了重新的逻辑运算与组合,该方法既能解决电流倒灌和能量回馈的问题,还能使两单元之间的输出功率分配也得到了改善。最后进行了仿真和实验结果验证。

混合H桥级联多电平逆变器功率均衡控制方法

针对于传统混合级联H桥多电平逆变器混合调制控制存在电流倒灌和功率不均衡等问题,通过详细分析和比较各种混合级联H桥多电平逆变器混合调制策略,提出一种阶梯波和载波混合调制的功率均衡控制方法,理论分析了各个H桥单元输出电压基波幅值与输出有功功率的关系,给出了混合级联H桥多电平逆变器输出电压基波幅值关于调制度的函数曲线和输出相电压的谐波失真曲线。最后通过仿真和实验验证了该方法能够在解决电流倒灌问题的同时实现混合级联H桥多电平逆变器各个H桥单元的功率均衡。

混合9电平逆变器的H桥电容电压平衡控制

混合9电平逆变器是一种新型的多电平拓扑结构。文章在研究了H桥逆变电路直流电容电压充放电模型的基础上,得到了负载电流与电容电压变化之间的定量计算公式,进而详细分析了混合9电平逆变器H桥辅助逆变电路电容电压不平衡的内在机理,最后提出了一种基于电容电压不平衡预估计和零序电压注入的平衡控制方法。所提方法原理简单,实现容易,无需增加额外的硬件设备。通过仿真验证了在混合9电平逆变器的参考电压中注入零序电压后,混合9电平逆变器的H桥逆变电路电容电压得到平衡控制。

一种新型混合级联不对称多电平逆变器

提出一种新型混合级联不对称多电平逆变器,这种多电平逆变器由多个不对称四电平逆变器级联在一起构成,输出电压由其级联单元的输出叠加而成。相对于传统的级联多电平拓扑,在得到相同输出电平的情况下,该拓扑需要较少的开关器件,因此可以简化电路结构。但是该拓扑需要特定的独立直流电源。实验室构建了一台单相混合级联不对称七电平逆变器,并采用消谐波混合不对称调制方法对其进行控制,最后通过仿真和实验进行验证。

级联H桥型多电平逆变器的CPS-SPWM调制策略研究

针对级联H桥型多电平逆变器的载波相移正弦脉宽调制(CPS-SPWM)技术展开研究。介绍了双极性CPS-SPWM和单极倍频CPS-SPWM的调制原理;进行了数学分析;利用MATLAB进行了建模仿真,采用频谱分析法进行了对比分析。结果验证了所做数学分析的正确性,单极倍频CPS-SPWM调制策略比双极性CPS-SPWM调制策略更优越。

3H桥级联型多电平逆变器的改进SVPWM方法的研究

钳位型多电平逆变器和2H桥级联型多电平逆变器电路结构和控制复杂,3H桥级联型多电平逆变器可克服该缺点;五电平逆变器的SVPWM控制方法已经实现,若将其应用于输出更多电平数的逆变器,则计算量非常大,控制困难,而在该控制方法的基础上,通过在电压空间矢量之间采用合适的相移角度,则可方便地实现3H桥级联型多电平逆变器的SVPWM控制。文章以3H桥级联型九电平逆变器为例,采用Matlab仿真验证了该控制方法的可行性和正确性。

多电平级联H桥逆变器的模型预测控制策略

针对多电平级联H桥三相逆变器的控制性能提高问题,设计了一种新型的模型预测控制(model predictive control,MPC)策略。MPC控制器基于预测模型对系统未来状态进行预测,然后将计算得到使所设计成本函数最小化的开关矢量进行输出。不同于传统两电平逆变器,多电平级联H桥逆变器的数学模型较为复杂,包含有大量电压矢量,导致计算负担较重。为此,通过设置和选择有效电压矢量子集,显著减少了得到最优电压矢量所需的计算量,同时不影响控制性能。搭建了五电平和九电平三相级联H桥逆变器实验平台开展了相关实验,实验结果验证了新型MPC控制器具有较优的控制性能。

混合H桥级联逆变器的优化调制

两路电压比为1∶2的H桥混合级联结构可实现七电平的输出,有助于提高逆变器的功率密度。在采用多层载波层叠的调制方法下,低压单元一个桥臂开关管工作在高频,另一桥臂开关管工作在低频,两个桥臂开关管热量分布不均导致系统寿命/可靠性降低。提出一种优化调制策略,在保证输出特性和效率不变的情况下,使两个单元的开关管最高工作频率降低为原来的1/2,同时每个单元的四个开关管工作应力相同,有助于提高系统寿命/可靠性。最后通过仿真和实验验证了优化调制策略的可行性和有效性。

含电容单元的级联H桥七电平调制策略

针对传统三单元级联H桥直流电源电压利用率较低的问题,采用电容替代其中利用率较低的直流电源,构成含电容单元的级联H桥逆变器。围绕该型逆变器的调制策略及电容选择等问题,在载波层叠式脉宽调制策略的基础上,利用冗余开关状态改进现有调制策略。通过采集电容电压和输出电流,切换调制模式实现电容充放电控制。分析电容电荷量在不同调制度下的变化,得到电容电压稳定到参考值所需要满足的条件。考虑到电容纹波电压不超过参考值10%的要求,并结合最大连续放电区间,计算出最小参考电容,使逆变器达到最优配置。通过仿真和实验证明了新型调制策略可对电容充电并具有良好的稳压效果。

一种改进型级联H桥光伏逆变器混合调制策略

提出一种级联H桥(CHB)光伏逆变器改进混合调制策略,当H桥单元直流侧电压与光伏电池板最大功率点电压误差较小时,该单元不参与充放电仅输出零状态,在保证系统稳定运行范围的同时抑制了直流侧电容电压波动。与传统混合调制策略相比,该调制策略可有效抑制直流侧电容电压波动,从而提高光伏组件发电量。最后,实验结果验证了所提混合调制策略的有效性。

混合型H桥模块的NPC三电平逆变器损耗分析

逆变器开关器件损耗问题一直制约其性能的提高。新型拓扑结构将围绕降低损耗、提高效率而展开。研究了基于混合型H桥模块的NPC三电平逆变器的损耗与效率。首先,在分析混合型H桥模块的NPC三电平逆变器导通和换流模式的基础上,利用器件损耗特性参数建立通态损耗模型和开关损耗模型。然后,建立仿真模型,与传统拓扑结构进行了效率对比分析,对部分结果进行了实验验证。实验与仿真结果验证了实用性。

级联H桥多电平并网逆变器的模型预测控制研究

模型预测控制由于具有动态响应好、电流跟踪能力精确等优点,现今它已在功率变换器领域成为一种有前景的控制技术。采用一种改进型模型预测控制策略,主要研究级联H桥多电平逆变器的模型预测并网控制,解决多电平并网逆变器计算量大、难以在线实施控制的缺点。以dSPACE/DS1104作为控制器,级联H桥7电平光伏并网逆变器为硬件平台,通过实验验证模型预测控制技术在光伏并网逆变器控制上的优越性能,分析不同功率因数下并网逆变器对电网电流的影响。

基于小波包能量熵和随机森林的级联H桥多电平逆变器故障诊断

为了提升级联H桥多电平逆变器故障诊断的准确性和高效性,提出一种基于小波包能量熵和随机森林的故障诊断方法 .首先对级联H桥多电平逆变器的输出电压进行小波包分解,提取小波包能量熵构建故障特征;然后采用主成分分析法对故障特征进行维数约简,以降低诊断模型的训练时间;最后采用经参数调优后的随机森林模型对逆变器故障进行分类诊断.基于Matlab平台,将该诊断策略与传统的基于快速傅里叶变换的SVM(Support Vector Machine)方法以及基于小波变换的BP(Back Propagation)神经网络方法进行对比.仿真结果表明,针对级联H桥多电平逆变器中功率开关晶体管开路故障,基于小波包能量熵和随机森林诊断策略的故障识别率更高,可有效提升故障诊断率至97%左右.

级联H桥多电平逆变器故障的多尺度OGLPE特征提取方法

针对级联H桥多电平逆变器IGBT开路故障时不同故障相似程度高而不易区分的问题,提出一种兼顾全局方差最大变换特性以及局部结构保持特性的正交全局与局部保持嵌入(orthogonal globality and locality preserving embedding,OGLPE)特征提取算法,并将其与集成经验模态分解(EEMD)相结合构成多尺度OGLPE特征提取方法。以级联H桥七电平逆变器为例,首先采集原始逆变侧输出端三相电流信号,并结合参考电流信号求取电流偏差信号;其次运用EEMD方法对各状态下的电流偏差信号进行多尺度分解,得到不同尺度下的本征模态分量(IMF);然后利用提出的OGLPE方法自适应提取嵌入于各IMF分量中的敏感特征,构成故障特征集;最后与常用特征提取方法进行对比分析,特征提取二维可视化结果表明所提方法能有效的提高不同故障的类间区分度,诊断结果表明所提方法诊断精度高达98.4%,明显高于其他方法。

H桥多电平逆变器的混合载波交叠式PWM控制

为了增大逆变器的功率等级,改善输出电压的波形质量,提出了一种级联H桥多电平逆变器拓扑和与其相对应的PWM载波调制控制策略。该方法是根据传统混合频率载波调制策略,采用了同相的交叠式三角载波调制,结合了同相层叠式载波调制较好的消谐特点以及使高低压单元功率自然平衡的特点,使级联H桥多电平逆变器拓扑结构不仅可以输出多电平,还能解决混合调制下的功率环流现象,而且逆变器模块化比较简单,可以使逆变器在输出周期内功率达到自然平衡。以2个高低压单元为例,进行了仿真实验。实验结果验证了该逆变器结构和控制策略的可行性。