基于移相载波的模块化多电平换流器控制方法研究

模块化多电平换流器(MMC)是一种适用于轻型直流输电系统(VSC-HVDC)的新型换流器,笔者在分析其原理的基础上研究了MMC的运行特性,并搭建了数学模型。文中所提出的MMC控制方法采用了移相载波调制策略(CPS-SPWM)的思想,针对MMC的电容电压均衡问题,通过算法重新分配子模块触发脉冲序列,最后仿真验证了该方法的正确性和可行性。

基于移相载波控制技术的CRH380B型动车组网侧谐波抑制研究

近年来,我国动车组发展迅速,动车组作为非线性设备,在运行中会产生大量谐波反馈到牵引网,因此有必要对动车组的谐波抑制策略展开研究分析。本文针对CRH380B型动车组牵引变流器的控制策略给出两种谐波抑制方案:一是载波移相控制,通过对牵引变流器进行90°移相控制能够消除部分2倍载波频率的整数次谐波;二是改变开关频率,通过提高整流器的开关频率,即增大载波比N,使高次谐波向更高频率处移动,有利于网侧电感进行滤波。论文分析了载波移相控制和改变开关频率两种方案对高次谐波的抑制效果,发现两种方案均能有效抑制部分高次谐波含量,最后应用Matlab/Simulink软件仿真分析了载波移相控制技术和改变开关频率对抑制高次谐波的效率,结果表明,抑制效果明显。

混合储能系统载波移相充放电控制策略

为了提高混合储能运行的安全性和灵活性,确保储能模块的均衡性和一致性,首先针对电磁发射负载复杂的运行特性,设计了一种混合储能分组级联拓扑结构,详细介绍了其工作原理和4种运行模式;然后,开展了针对混合储能分组级联拓扑的载波移相充放电控制的研究,分别结合锂电池充电模式、超级电容充电模式以及电磁发射驱动模式,研究了载波移相策略的应用方法和充放电策略;最后,针对上述3种模式分别进行了试验,验证了载波移相策略的可行性以及在锂电池模块故障状态下瞬时旁路的功能,同时证明了该策略具有提高系统灵活性、保持各锂电池储能模块均衡性和一致性的优势特点。

载波移相调制下模块化多电平变换器的两类共模电压机理分析

在载波移相脉宽调制下,适用于中压应用的模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)存在两类共模电压(common-mode voltage,CMV)问题,即系统共模电压(system CMV,SCMV)与桥臂共模电压(arms CMV,ACMV)。目前还未有学者对两类CMV的产生机理和基本成分进行详尽的分析,文中以开关函数和子模块电容电压波动为出发点,进而得出两类CMV的基本成分和产生来源,然后对SCMV影响下的轴电压和轴电流及ACMV影响下的桥臂环流进行分析;利用得到的两类CMV的表达式对CMV抑制策略下两类CMV的相互关系进行分析,并对两类CMV的机理分析进行仿真和实验验证,为研究两类CMV对MMC系统产生的影响及其抑制策略提供理论依据。

基于SOGI-PLL载波移相的机车谐波抑制技术

为了抑制机车四象限脉冲整流器在网侧产生的高频谐波,防止车网发生高次谐波共振,提出一种基于二阶广义积分器锁相环SOGI-PLL(second-order generalized integral phase-locked loop)载波移相控制策略。将锁相环输出的电网相位作为同步基准信号,针对网压频率异常波动,快速同步校正PWM载波周期,保证了各单元之间移相角的准确性,获得最优谐波对消效果。同时,该策略对电网谐波和幅值异常跳变不敏感,具有良好的抗干扰性和自适应性。最后通过半实物仿真和地面联调试验,验证了该策略的可行性和对谐波抑制的有效性。

非对称级联多电平功率放大器的虚拟载波移相PWM调制策略

由N个相同H桥功率模块(H-bridge power module,HBPM)组成的传统级联H桥功率放大器(cascaded H-bridge power amplifier,CHB-PA)最多可输出2N+1的电平数,输出电平数直接影响功率放大器的正弦特性和保真性能。在级联HBPM数量相同的情况下,首先提出了一种非对称级联多电平功率放大器(asymmetrical cascaded multilevel power amplifier,ACM-PA);其次,为了与传统CHB-PA有相同HBPM数目的ACM-PA,提出一种虚拟载波移相脉宽调制(virtual carrier phase shift pulse width modulation,VCPS-PWM)策略,将输出电平数提高到6N-3;最后,通过仿真对比验证了所提出的ACM-PA和VCPS-PWM可以显著提高输出电平数,降低负载电流的总谐波失真,提高功率放大器的保真性能。

基于载波移相技术的强耦合双支路电机共模电压抑制研究

在大功率永磁同步电机应用场合,由电机传导出来的高频振动噪音的舒适度逐渐变成一个重要的因素。采用载波移相技术两并联逆变器驱动的强耦合双支路电机因特殊的绕组结构能够有效地消除奇数倍载波频率附近的高频振动噪音而逐渐得到广泛应用。除了对电机高频噪音的抑制外,系统运行过程中也应考虑对传导的电磁干扰进行抑制。对于一般结构的电机,载波移相技术能够有效地抑制电机共模电压的幅值。但对于具有特殊绕组结构的强耦合双支路电机,采用载波移相技术对其共模电压是否存在抑制能力还没有被分析和验证。这篇文章的目的是通过理论分析与实验验证确定对强耦合双支路电机采用载波移相技术能够有效地抑制电机的共模电压,抑制系统传导的电磁干扰。

规则采样方式下相移载波PWM调制双傅里叶分析

针对H桥逆变器的特点,分析了规则采样方式下的相移载波PWM调制方法,计算了输出端电压的时间序列函数表达式,并对此进行了双傅里叶分析。在此基础上,分析了输出相电压和共模电压的频谱特性,分别得到了输出电压谐波含量、共模电压最小的条件。对调制波和载波移不同角度时的情形,分别进行了仿真和实验验证。仿真和实验结果与双傅里叶分析结论相一致,从而表明了理论分析的正确性。

基于载波移相SPWM技术的制氢电源研究

制氢电源作为制氢产业链的关键设备,其品质的优劣尤为重要。所设计的制氢电源采用电流源型整流器的模块化设计,其应用的调制技术为载波移相的SPWM技术。根据三相调制波与零值相比较的结果对一个工频周期进行分扇区处理,并在不同的区域内通过SPWM调制输出的触发脉冲控制电源子模块功率器件的开关状态,从而输出符合制氢装置技术要求的直流电压及电流,同时整流器交流电压电流满足电网总谐波畸变率的要求。

采用载波移相调制的模块化多电平换流器电容电压平衡控制

针对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的底层控制策略,研究载波移相调制(carrier phase-shift modulation,CPSM)方法及相应的直流电容电压平衡控制策略。首先,以桥臂为单位设计CPSM策略,推导出保证桥臂输出特性不变的约束条件;其次,从理论上分析控制子模块直流电容电压的原理,揭示出桥臂的能量自然平衡状态,进一步提出电容电压的附加平衡控制。在10 kVA实验室样机上进行的稳态和动态实验,验证了所提控制策略的有效性。CPSM结合电容电压附加平衡控制方法,可以使各子模块的开关频率确定,不引起额外的开关损耗,并能够避免计算量过大的问题。

级联H桥型逆变器载波移相正弦脉宽调制输出性能分析

级联H桥逆变器能够显著提高器件的等效工作频率,降低补偿电压谐波畸变率。然而,单极性、双极性载波水平移相正弦脉宽调制(carrier phase-shifted sinusoidal pulse width modulation,CPS-SPWM)的输出性能与调制比关系密切。通过理论分析,得出了单极性、双极性CPS-SPWM的调制比与输出电平数的关系,阐明了双极性调制下,正负电平抵消原理;提出了特定补偿深度下,采用单极性、双极性CPS-SPWM时,输出期望电平数目的直流侧电压选择方法;通过PSCAD/EMTDC仿真软件搭建模型,验证了调制比与输出电平数分析的正确性以及直流侧电压选择方法的有效性。

基于载波移相调制的模块化多电平变换器变频运行控制

模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)工作于低频工况时,子模块电容电压波动加剧导致输出电压畸变严重,制约了其在中高压大功率变频调速领域中的应用。针对这一问题,在分析MMC数学模型的基础上,从维持各相上、下桥臂功率动态平衡角度出发,设计一种基于注入高频共模电压及高频环流的电压波动抑制策略。为降低功率器件开关频率并减少系统损耗,将载波移相技术应用于MMC变频驱动,分别讨论输出N+1和2N+1电平相电压的实现方式。基于载波移相调制,结合低频工况子模块电容电压波动抑制方法,提出一种变频工况下MMC子模块电容电压控制策略,并设计相应控制系统架构及实现方式。该控制策略能在变频工况维持子模块电容电压平衡,保证调速过程中MMC和电动机正常平稳运行,并在低开关频率下获得良好的输出谐波特性。最后,通过搭建Matlab/Simulink仿真及实验样机,验证所提控制策略的正确性和有效性。

基于载波移相控制的高功率密度双降压式全桥逆变器

双降压式全桥逆变器(DBFBI)因不存在桥臂直通、直流利用率高而且可实现续流二极管的最优选取,所以具有可靠性高和变换效率高方面的优势。但是,DBFBI具有四个滤波电感,体积重量较大,限制了其在高功率密度场合的应用。将载波移相SPWM(CPS-SPWM)的控制方法应用到DBFBI中,该控制方式下,输出滤波电感等效工作频率是开关频率的两倍,有效地减小了滤波电感的体积和重量。此外,在电感电流半个周期内高频状态时只有两个开关管工作,有效地降低了逆变器的开关损耗。详细地分析了该控制方式下环流产生的原因,通过从原有的4个滤波电感中分离出一个共用的滤波电感(CFI),有效地减小了环流损耗,并且给出了滤波电感的具体的设计过程。最后将剩余的四个滤波电感两两耦合,进一步提高了磁心的利用率。实验结果验证了理论分析的正确性。

基于载波移相SPWM级联式变换器输出谐波分析

为了分析不同调制方式及不同级联数目多电平变换器的输出谐波电压分布规律,并为滤波器的设计提供参考,在充分考虑奇偶级联数目、调制移相角度和调制比对输出波形影响的基础上,分别以3,5,6,7,10个H桥级联的谐波输出情况为例,通过大量的仿真,采用对比分析的方法得出了基于载波移相SPWM级联式静止串联同步补偿器(Static Serial Synchro Compensator,SSSC)输出电压谐波的具体分布规律,并给出了等效载波频率的明确定义方法,通过双重Fourier级数理论分析验证了文中的结论。

载波移相SPWM开关频率的选取

载波移相正弦脉冲宽度调制(SPWM)应用于高压大容量链式多电平逆变器场合时,若载波频率太低,各载波初相位对输出电压相位影响较大,可能造成链式逆变器各单相桥输出电压基波初相位存在明显差异,引起电容电压不平衡。推导了载波移相SPWM输出电压的数学表达式,分析了低开关频率下输出电压的谐波特性及其对逆变器运行的影响,提出应选择较高的载波频率。数字仿真和物理实验结果表明,在一相串联桥数大于4时,选择高于300Hz的载波频率,可保证各桥输出电压初相位差异小于0.5°,对电容电压的影响可忽略。

基于载波移相大功率并联逆变器输出谐波分析

以超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)中的快控电源为背景,研究分析了采用载波移相PWM技术实现逆变器并联输出的系统设计方案,并利用双重傅里叶变换对逆变器并联输出谐波进行分析,建立其数学模型。仿真和实验表明,采用载波移相PWM技术实现逆变器并联输出可以消除低次谐波,提高等效开关频率,对实现电源系统大电流输出与快速响应具有良好效果。

规则采样对载波移相SPWM输出基波相位滞后的影响

载波移相SPWM具有高度的实时性,非常适合输出电压需要快速变化的场合。本文讨论了载波移相SPWM应用于诸如STATCOM、DTSTACOM等高压大容量逆变器场合可能遇到的一个实际问题:载波移相SPWM在数字化实现中通常需要按照规则采样的方法计算开关角度,规则采样的原理决定了载波移相SPWM输出电压相位必然落后参考波一定的相位。本文分析了这一现象形成的机理,以三电平规则采样PS-SPWM为例推导了滞后相位的计算公式,通过数值仿真和物理样机试验验证了分析结论以及计算方法的正确性。最后,针对规则采样PS-SPWM应用于链式STATCOM时可能遇到的问题提出解决方案,可供工程应用参考。

基于锯齿波的载波移相脉冲宽度调制技术

传统方法为了产生多电平电压,往往需要每个H桥单元都有一个独立对应的半周期对称三角载波,且不同载波之间有一个固定的移相角度。而对基于锯齿波的载波移相技术研究的较少。为此,提出了一种基于锯齿波的载波移相脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)技术。与传统方法相比,在该方法中,所有功率单元都使用同一个载波作为时间参考,并使用非对称PWM发生器来产生传统的对称的载波移相PWM波形。采用数字信号处理器(digital signal processor,DSP)芯片TMS320F2812对一个5单元11电平进行载波移相试验,采用所提的锯齿载波移相PWM技术实现方法,仅通过事件管理器就可以对5单元变换器提供开关脉冲。试验结果验证了所提方法的正确性和有效性。

三电平H桥级联逆变器载波移相脉宽调制方式

在三电平H桥级联(3-LHC)多电平主电路中,传统的载波层叠脉宽调制难以实现各级联单元的功率平衡,而基于两电平级联的载波移相脉宽调制又不能直接运用.中点箝位(NPC)三电平桥臂内只能采用载波层叠脉宽调制,而H桥的桥臂间和各H桥之间则既可以采用载波层叠脉宽调制也可以采用载波移相脉宽调制.基于这一原理,提出了2种适合3-LHC多电平的载波移相脉宽调制方式,分别为基于五电平、三电平载波层叠的载波移相脉宽调制.前者仅在级联单元间使用载波移相,而后者在级联单元间和桥臂间均采用载波移相.仿真对比分析结果表明,基于五电平载波层叠的载波移相脉宽调制是该拓扑中较理想的调制方式.实验结果证实该方法具有很好的效果.

基于周期控制的载波移相策略研究

为了抑制系统内部网侧四象限变流器产生的高频谐波,减小对电网的谐波污染,防止产生车网高频谐振,提出一种基于周期控制的载波移相策略及实现方法。针对同一列车多个牵引系统之间无同步线的情况,提供一种以网压过零点为参考,通过微调PWM载波周期,实现准确且稳定的校正载波移相角的方法。通过Matlab/Simulink仿真及混合动力动车组牵引系统运行实验,验证该载波移相策略的可行性及有效性,为工程实践提供指导。