一种混合9电平电压源逆变器及其变频脉宽调制

介绍了一种应用于中高压变频调速装置的9电平输出电压源逆变器,逆变器的主电路由2种不同拓扑结构的逆变电路组成,分别使用不同参数的开关器件实现,可以综合利用阻断电压高的器件和开关速度快的器件的优点。分析了逆变器主电路的拓扑结构及特点,研究了主电路的开关模式后提出了一种基于载波调制的适合于任意电平数目混合逆变器的PWM(脉宽调制)算法,最后仿真研究了混合9电平逆变器在变速驱动场合中的应用,并验证了算法的有效性。对线电压的频谱分析表明,混合9电平逆变器有很好的输出波形,输出谐波含量少,在高频段输出线电压的总谐波畸变率小于5％,输出电压的dv/dt小,可用于驱动大容量的中高压异步电动机。

基于两电平电压源合成试验方法的混合式直流断路器开断过程仿真研究

直流断路器在研究过程中需要试验测试为设计提供参考,在其制造完成后则需要进行型式试验验证其可靠性。文中以15 kV电压等级的负压耦合型混合式直流断路器为例,对其短路电流开断过程进行仿真并提取了关键点电应力;阐述了两电平电压源合成试验方法,设计了适用于负压耦合型混合式直流断路器的两电平电压源合成试验回路,并优化了参数选取;将两电平回路下开断过程的仿真结果与开断过程所需的电应力进行对比,证明了两电平电压源合成试验方法可以提供开断过程所需的电压与电流应力,验证了两电平合成试验方法的等效性与可行性。文中研究结果可为高压直流断路器的研究、设计及试验提供参考。

多电平三相电压源逆变器结构优化设计

目前多电平三相电压源逆变器被广泛应用于高压、大功率电子设备中,为解决传统三相电压源逆变器运行中出现的直流侧电容电压失衡问题,基于空间矢量调制开关直流电源对逆变器结构进行优化设计。建立多电平三相电压源逆变器等效模型,利用60°坐标的空间矢量调制算法实现空间矢量调制,利用电容电压平衡算法充分考虑不同矢量间的切换顺序,实现电容电流平衡。实验结果表明,对比传统方法,该方法调制多电平三相电压源逆变器输出线电压波形畸变率为0.18%,电容点电压波动可控制在3 V以内,优于对比方法,具有更好的应用性能。

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。

一种新的基于混合空间矢量调制的三电平逆变器直流侧电容电压平衡研究

针对二极管中点钳位型(neutral point clamped,NPC)三电平逆变器容易造成直流侧电容电压不平衡问题,提出一种新的中点电位平衡控制方法。在该方法中,采用分扇区精细控制,对不同的小矢量设置不同的时间分配因子,以增加相应正或负小矢量对中点电流的控制能力。对于正负小矢量不能成对出现的扇区,根据相电流的变化情况,使调制在传统算法和基于虚拟矢量的算法之间切换,从而削弱中矢量对中点电流不可控的影响。仿真和实验证实了该方法的正确性和有效性。

多电平电压源型逆变器的容错技术综述

随着逆变器电平数的增加,功率半导体器件数量随之增大,使得逆变器发生故障的概率增大,并将严重影响系统的安全可靠运行。目前,逆变器系统的可靠性分析与容错能力备受关注。首先归纳了电压源型逆变器常见的故障类型,主要对钳位型和级联型常用多电平电压源型逆变器的容错拓扑、调制策略及容错控制方法进行了归类和总结,最后讨论了多电平电压源型逆变器容错技术的研究方向和发展趋势。

新型单相五电平电压源逆变器

为了改善传统多电平逆变器电路结构复杂的问题,利用较少的功率器件实现尽可能多的电平输出,提出一种新型单相五电平电压源逆变器。新型电路扑结是在传统的单相H桥型电压源逆变器的基础上,增加了两个单向功率开关,利用6个功率开关在交流侧就可以产生5个不同的电平输出。在分析电路拓扑工作原理和6种工作模式的基础上,给出了简单的PWM控制策略。实验结果验证了电路拓扑及其控制方法的有效性。

混合有源中性点箝位型七电平逆变器及其控制策略

为了减少开关器件数量、提高效率、降低逆变器体积,本文提出了一种新型混合有源中性点箝位型七电平逆变器拓扑。该逆变器的每相桥臂由一个T字型三电平拓扑和一个有源中性点箝位型三电平拓扑两部分组成,通过与有源中性点箝位型和层叠式多单元的七电平拓扑的对比,可以发现所提出七电平拓扑具有开关器件少、损耗低和控制策略简单等优点。首先对逆变器的电流传输路径及其工作模态进行了分析,阐述了七电平空间矢量调制的基本原理,使用选择冗余矢量的方法设计了可同时控制悬浮电容电压和中性点电压的综合控制器。最后使用搭建的仿真和实验平台,在不同调制度和功率因数条件下进行了仿真和实验研究,验证了所提出拓扑和控制策略的可行性与有效性。

开关电感型Z源三电平逆变器直流链电压控制研究

开关电感型Z源三电平中点钳位式逆变器在高压大功率场合有着广阔的应用前景,它输出的交流电压质量取决于直流链电压,因此有必要对直流链电压采取闭环控制。利用状态空间法和小信号扰动法推导了直通占空比至Z源网络电容电压的传递函数,其零极点分布表明,该传递函数具有非最小相位特性。设计了以电容电压误差、电容电压误差的积分、电感电流误差为状态变量的滑模控制器,通过控制Z源阻抗网络电容电压间接控制直流链电压,推导出滑模控制率,并设计了满足存在性和稳定性条件的滑模系数。仿真结果表明,设计的滑模控制器使直流链电压具有优良的动静态性能。

单一直流源的七电平混合级联逆变器

针对传统的两单元H桥混合级联逆变器需要两个独立的直流源问题,采用电容来代替低压单元直流源,只需高压单元直流源就可实现级联逆变器七电平输出。在载波层叠PWM调制方式下,可以通过选择输出电平的不同组合方式来控制电容充放电,分析了电容电压稳定到高压单元直流源二分之一电压所需满足的条件,得到决定电容电压能否稳定到目标值的两个因素。通过损耗分析比较,得到电容电压稳定控制的最优方案。最后系统仿真与实验结果验证了理论分析的正确性。

混合级联型多电平逆变器共模电压优化方法

为研究混合级联型多电平逆变器共模电压的优化,提出了一种多电平逆变器的共模电压优化方法。通过分析混合级联型多电平逆变器输出电压矢量在α′-β′坐标系中的分布规律,重新定义了不同高低电压和频率的基本矢量。在基本矢量区域划分为几类不同的特征多边形和在优先选择高电压-低频率基本矢量点的前提下,获取由3个基本矢量点合成的参考矢量值,并计算3个基本矢量的持续作用时间。为验证本优化方法的正确性,在二级七电平混合级联多电平逆变器(两单元直流侧电压比为1∶2)仿真模型及实验平台上对算法进行了验证。仿真和实验结果表明:逆变器输出的共模电压幅值可限制在单位直流侧电压内,对共模电压的抑制作用较明显。

新型三相混合不对称九电平逆变器研究

该文提出了一种混合不对称三相九电平逆变器,这种新型的多电平逆变器将不对称五电平逆变器与传统的两电平全桥逆变器级联在一起而获得的。该文对这种逆变器进行了分析,提出了一种新型混合不对称调制方法,并对单相中每个模块的输出电压的频谱和不对称五电平模块的直流母线电容电压不平衡问题进行了分析。文中进行了瞬时反馈数字控制器的设计,最后给出仿真分析和实验验证结果。

基于参考电压分解的新型多电平逆变器空间矢量调制方法

提出了一种新的多电平逆变器的参考电压分解理论 ,将参考电压矢量分解成为基矢量和二电平矢量。针对目前多电平空间矢量调制方法计算十分复杂的问题 ,提出了一种新型的基于参考电压矢量分解理论的多电平逆变器空间矢量调制方法。该方法只需要将参考电压的二电平矢量用二电平的空间矢量调制方法合成 ,这样 ,多电平的空间矢量调制问题被简化成二电平的空间矢量调制问题 ,计算过程十分简单和快速。另外 ,通过归纳的多电平空间矢量的分布规律可以快速地找出所有的冗余开关状态 ,以便优化输出开关状态组合。提出的方法在理论上适用于任何电平数目 ,仿真结果验证了它的有效性。

中点箝位型三电平逆变器空间矢量与虚拟空间矢量的混合调制方法

中点电压偏移是中点箝位型(neutral point clamped,NPC)多电平逆变器的主要缺点。空间矢量脉宽调制(space vector pulse-width modulation,SVPWM)由于算法本身的缺陷,在调制度较高且功率因数较低时,电容电压出现低频波动。虚拟空间矢量调制(virtual SVPWM,VSVPWM)方法能够在全范围内处理中点电压偏移问题,但存在开关次数较多,谐波特性较差的缺点。该文建立含电容电压的NPC三电平逆变器的PWM模型,讨论SVPWM和VSVPWM的约束条件。在特定的区域采用SVPWM,其他区域采用VSVPWM,给出了这2种调制策略的切换条件。实验结果表明,混合调制方法(hybrid PWM,HPWM)较之以前的解决方案能够更好的平衡电容电压,并且也能够有效的降低开关次数和提高逆变器输出的谐波特性。

Z源级联三电平中点钳位逆变器

将Z源网络级联,并采用交替反相电压偏移(alternativephase opposition disposition,APOD)的方法对逆变器进行控制。在matlab/sinmulink下,建立Z源级联三电平逆变器的APOD调制模型,仿真结果显示新型拓扑升压因子有明显提高。为进一步验证新拓扑的有效性,进行了Z源级联逆变器的试验研究,试验结果证实新拓扑能够提高升压因子,扩大Z源逆变器的电压调节范围。

采用混合电压矢量预选和参考电压预测的逆变器共模电压尖峰消除方法

近年来,模型预测控制被广泛应用于两电平电压源逆变器以实现共模电压抑制。然而,常规的模型预测共模电压抑制方法存在计算量大、受死区影响等问题。为此,提出一种改进的可消除共模电压尖峰的两电平电压源逆变器预测电流控制方法。首先,该文采用无差拍控制的思想计算参考电压矢量,并建立基于电压矢量的目标函数,以实现预测电流控制,并简化控制算法。其次,详细研究可消除共模电压尖峰的电压矢量预选方法,包括死区影响分析和电流纹波影响分析等,并基于该分析结果提出一种可完全消除共模电压尖峰的混合电压矢量预选方法。仿真和实验结果验证了所提方法的有效性。

混合多电平逆变器拓扑及调制方法

针对传统多电平逆变器需要的开关器件数量较多,输出电压谐波较大等问题,该文提出了一种非对称混合多电平逆变器拓扑,包括二极管钳位非对称多电平逆变器和电压源串并联状态切换的H桥多电平逆变器。在输出电压电平数相同的情况下,该逆变器拓扑能减少开关器件的数量。采用与混合多电平逆变器相适应的混合调制控制策略,该策略使大部分开关器件工作在低频状态,减少了开关损耗,避免了电流倒流,降低了输出电压的总谐波失真(THD),可以实现连续PWM调幅。通过仿真,验证了该逆变器拓扑及其调制策略的正确性。

一种具有中点电位平衡功能的混合箝位型多电平逆变器

在分析了现有三类基本多电平变换器拓扑的基础上,提出了一种通过无源器件和有源器件共同实现箝位的混合箝位型多电平拓扑。该拓扑不需要附加电压平衡电路和使用独立直流电压源,不管在什么负载特性下,自身都能够实现中点电位平衡。可以应用于有功和无功变换场合。该文分析了该拓扑的结构和工作原理,并以五电平半桥电路进行了仿真和实验,结果验证了该拓扑的正确性。

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。

三电平逆变器多模式中点电压平衡策略

逆变器一直是电气领域研究的热点问题,三电平逆变器的广泛应用得到了研究人员的大量关注,其中三电平逆变器存在的中点电压不平衡的问题限制了其使用,该问题也渐渐成为近期的研究热点。所提出的一种三电平逆变器多模式中点电压平衡策略和算法,较好地实现了中点电压平衡,通过仿真验证和实际工程应用,验证了该算法的可行性和可靠行。