多电平级联H桥逆变器通用型离散模型及分岔与混沌行为特性分析

多电平级联H桥逆变器内部功率器件多、等效开关频率高、开关组合状态繁杂、离散数学模型建立难度大,其分岔、混沌动力学行为难以进行系统性分析。基于虚拟遍历法建立了具有N个单元的多电平级联H桥逆变器通用型离散映射数学模型;引入对交流变量跟踪性能更佳的准比例谐振控制器,并重点分析了比例增益、谐振增益、单元数量N变化以及主电路和控制电路中其他参数变化情况下的分岔、混沌行为特性;对比分析了引入混沌抑制前后系统稳定性变化情况。从方法论角度分别采用根轨迹图和折叠图验证了稳定性分析结果的正确性,并通过PSIM仿真和实验验证了相关结论的正确性和抑制分岔与混沌行为的有效性。

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。

一种基于Si/SiC级联H桥逆变器的高性能模型预测控制方法

Si/SiC级联H桥逆变器,能够利用不同器件的开关组合保证低输出电流谐波畸变率(Total Harmonic Distortion,THD)和装置效率,但也带来了Si/SiC子模块开关分配的难题.对此,本论文设计一种变权重的模型预测控制方法(Model Predictive Control,MPC)选择总开关状态并分配子模块开关组合.该方法在选取逆变器总开关状态和Si/SiC子模块开关组合的代价函数中引入基于器件开关损耗的变权重,以改善逆变器的效率和输出电流谐波畸变率.在五电平Si/SiC级联H桥逆变装置上验证了变权重MPC的有效性,相比于固定权重MPC,输出电流THD最多降低2.05%,装置损耗最多降低4.53%.

抑制混合级联H桥逆变器电流倒灌的调制策略

传统调制策略下混合级联H桥变换器会出现因高低压单元输出电压极性不一致引起的电流倒灌问题。同时多个低压单元采用不同的脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)方法会导致低压单元间出现输出功率不均衡问题。针对以上问题,结合不对称三单元混合级联H桥十一电平逆变器,提出了一种基于载波层叠的改进混合载波脉宽调制方法。该方法利用载波自由度和冗余开关状态,优化了低压单元的工作方式,使高低压单元在整个输出周期内保持输出电压极性一致,解决了逆变器在传统调制方法下出现的电流倒灌问题。同时,该方法中2个低压单元均工作在高频状态,使低压单元输出电压波形正负半周互补对称,实现了低压单元间输出功率自均衡。仿真和实验结果证明了调制策略的可行性及有效性。

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。

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。

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。

级联H桥七电平逆变器同相层叠SPWM调制技术仿真研究

联型多电平逆变器输出电压谐波含量小,易于实现模块化,适用于高压大功率场合。本文主要介绍了H桥级联七电平逆变器拓扑电路结构和电压同相层叠调制(In-Phase Disposition,简称IPD)技术的基本原理,然后通过Matlab/Simulink仿真软件对级联全桥逆变器(Cascade Half-Bridge Inverter,简称CHBI)的运行特性进行了仿真研究(仿真建模、控制方法)。由于七电平CHBI是由6个频率相等、相位相同、幅值层叠的三角载波和正弦波相位调制产生脉冲信号,所以七电平CHBI在4500Hz载波频率,0.99幅值调制度下可使其相电压和线电压的THD分别达到18.76%,10.71%,说明CHBI在较低的工作频率下其谐波失真亦较小。

单相级联H桥光伏并网逆变器控制策略综述

为提高光伏发电效率以及减小其体积,分析了级联H桥拓扑结构具有开关器件应力小、输出电压质量高及滤波器体积小等优点。由于其直流侧可由一块光伏组件单独供电,可对每个光伏模块进行最大功率点跟踪,进而越来越多地运用于光伏并网系统来提高系统的发电效率。根据控制策略中功率控制方法的不同,可将级联H桥光伏并网逆变器控制策略分为功率均衡控制和功率不均衡控制。分别对两种方法及优缺点进行了介绍,并结合当今级联H桥光伏并网逆变器的不足对未来发展进行展望。

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。

新型混合级联多电平逆变器拓扑及调制策略

为解决现有非对称级联多电平逆变器存在低压单元电流倒灌和输出电平数少的问题,提出一种基于开关电容电路的混合级联多电平逆变器。首先,在两单元非对称级联H桥型逆变器的低压单元中嵌入一个开关电容电路,有效避免了低压单元电流倒灌,且输出电平数得以增加。然后,为减少所提方案应用于三相系统时所需直流电源的数量,提出了用三电平中点箝位型或T型逆变器电路作为高压单元的三相混合级联多电平逆变器拓扑。之后,针对所提逆变器拓扑的特性,提出了含有移相载波和层叠载波的混合调制策略,在满足逆变器输出高质量正弦脉宽调制电压波形的同时,有效减小了开关电容电压纹波和开关器件的切换频率及开关应力。最后,通过实验验证了所提混合级联多电平逆变器拓扑及调制策略的可行性。

共直流母线级联H桥光伏逆变器控制策略研究

三相共直流母线隔离型级联H桥(CHB)光伏(PV)逆变器因其模块化的多电平结构可实现无工频升压变压器的高效超大功率直挂式并网接入,尤其适用于单机20 WM以上的PV发电系统。为此,提出一种基于三相CHB拓扑的共直流母线中压直挂式PV发电系统的控制策略,以实现所有PV阵列的最大功率点追踪、三相电网电流控制、所有H桥直流母线电压控制以及模块间传输有功功率的平衡控制,不仅能够满足实际应用需求,而且有利于模块化设计并简化系统的通讯设计。实验结果验证了其有效性和可行性。

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。

扩大级联H桥光伏并网逆变器运行范围的控制策略

级联H桥光伏并网逆变器由于输入功率不平衡而导致功率大的级联单元发生过调制现象,从而引发电网电流畸变。为解决此问题,提出一种新型控制方式。所提控制方法通过引入适量的基波至过调制单元调制波中,使得过调制单元的调制波由幅值超过1的正弦波变为幅值为1的正弦波,调制度始终不超过1,并将引入的基波按各单元可承受能力反向补偿至其他非过调制单元,从而抵消在过调制单元中引入基波的影响,解决了过调制问题,扩大了级联H桥光伏并网逆变器调制范围。所提方法可将调制范围扩大至1.27,扩宽了级联H桥光伏并网逆变器稳定域的运行范围。

基于DSP的H桥级联多电平逆变器的研究

超导托卡马克核聚变实验装置(Experimental Advanced Superconducting Tokamak,简称EAST)快控电源是一种大容量单相逆变电源。现有的快控电源已难以满足EAST的发展要求,新型快控电源的研制难点主要集中在高压和大电流。为满足快控电源系统高压和快速响应的要求,提出了采用IGBT作为功率器件的H桥级联逆变器方案。系统采用基于DSP的载波移相技术,以降低IGBT的开关损耗,提高等效开关频率,改善输出电压波形。在此对逆变器输出电压谐波进行了分析和系统仿真,最后通过H桥级联逆变器实验装置验证了该控制策略的有效性。

混合级联H桥十三电平逆变器的混合调制

对于混合级联H桥逆变器而言,目前受到广泛研究的拓扑主要是电压比为1:2的混合级联H桥七电平逆变器,但该混合级联H桥七电平逆变器存在电流倒灌问题。为此,提出了一种电压比为1:1:2:2的混合级联H桥十三电平逆变器和一种改进的混合调制方法。仿真和实验结果表明:在改进混合调制方法的控制下,混合级联H桥十三电平逆变器不仅可以消除电流倒灌问题,而且可保证高压单元工作在基波频率并具有较高的输出电压质量。

级联多电平H桥逆变器的同相层叠型SPWM脉冲分配方法

提出一种适用于级联H桥逆变器的新型同相层叠(IPD)型正弦脉宽调制(SPWM)脉冲分配方法。根据多电平级联H桥的一般模型,分析了功率不平衡的产生原因,引入功率失衡度的概念,推导出新型IPD型SPWM脉冲分配原理。该方法将各H桥单元的触发信号进行周期轮换,经过3/4个输出周期便可实现功率平衡,而且保证了线电压的波形质量,具有比载波移相(CPS)法更低的总谐波畸变率。以7电平级联H桥逆变器为例,仿真和实验结果证明了所提新型IPD型SPWM脉冲分配方法的可行性以及理论分析的正确性。

级联五开关H桥多电平逆变器功率均衡控制方法

为了提高逆变器的电压和功率等级,提出了一种级联五开关H桥多电平逆变器拓扑结构的功率均衡控制方法。该方法采用了同相交错层叠锯齿载波移相调制,综合了同相层叠锯齿载波调制良好的消谐特性以及载波移相调制各个单元功率分配均衡的优点,使级联五开关H桥多电平逆变器拓扑结构中各个功率单元不仅可以输出五电平,保持良好的消谐特性,而且可以在一个输出周期内实现功率均衡。以3个功率单元为例,进行了仿真实验。实验结果验证了该拓扑结构及其控制方法的可行性与优越性。

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。