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。

一种适用于飞跨电容型多电平逆变器的新型载波同相层叠PWM方法

传统载波层叠PWM方法不能平衡飞跨电容电压,因此不能直接应用于飞跨电容型多电平逆变器。对传统载波同相层叠PWM方法进行改进,增加了零电平选择环节,根据设定值,合理分配零电平向量,从而在设定周期内,平衡飞跨电容电压。该方法随着调制度的不同,载波波形会发生变化,和传统载波移相PWM方法相比,线电压谐波性能也得到了很大提高,尤其是在中等调制度下,效果显著。采用该方法对飞跨电容型三电平逆变器进行了仿真验证,结果证明了该方法的正确性与可行性。

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。

改进的同相层叠型SPWM控制级联多电平逆变器

载波移相(CPS)控制策略常用于级联型多电平逆变器,它可自然实现各级联单元输出功率平衡。但是,从输出线电压频谱分布来看,CPS控制没有同相层叠型(PD)控制好。因为将CPS直接应用于级联型多电平逆变器时,各级联单元不能自然实现输出功率均衡。受CPS控制三角载波位置关系的启发,提出一种改进PD控制。将PD的三角载波进行重构,不仅可保留输出线电压波形质量最优,同时还能自然实现各级联单元输出功率均衡。

载波移相SPWM在贯通式同相供电系统中的应用

针对贯通式同相供电系统中的交-直-交变流器输出电流(电压)谐波畸变率(total harmonic distortion,THD)较高的问题,提出采用载波移相正弦波脉宽调制(sinusoidal pulse width modulation,SPWM)方法,将多个单相逆变器级联输出,以此改善输出电压波形。在Matlab/Simulink中建立系统模型进行仿真测试,结果表明,所提方法能够有效改善牵引供电系统电能质量问题,使牵引侧负载电压THD含量减少、电力电子器件耐压水平降低。

级联型逆变器载波循环功率均衡控制方法及比较

在级联H桥型逆变器中,载波同相层叠(PD)调制策略虽然输出线电压具有最优的谐波特性,但无法实现级联单元间输出功率均衡。针对这个问题,提出两种基于PD调制策略的载波循环功率均衡控制方法,所提方法在改进型PD调制策略的基础上,通过对载波进行周期性的循环移动,可以有效实现级联单元间的功率均衡控制,且保留了PD调制策略下逆变器输出电压谐波特性最优的特点。以三单元级联H桥逆变器为例,首先对改进型PD调制策略下级联单元输出功率特性进行数学推导;其次分析两种所提功率均衡控制方法实现机理并对其特性进行比较,揭示两种功率均衡控制方法的优缺点以及适用场合。最后通过仿真和实验结果验证了理论分析的正确性与所提方法的可行性。

三电平Z源逆变器SPWM调制策略的研究

传统逆变器上下桥臂直通时会造成逆变器短路,为避免这一情况通常需要在逆变器控制信号中引入死区,进而造成逆变系统安全性下降输出谐波含量增加。Z源逆变器成功地克服了传统逆变器的缺陷和不足。Z源三电平逆变器有效地结合了Z源网络特性与传统三电平逆变器的优点。文章通过分析Z源三电平逆变器的工作原理,结合传统三电平逆变器的PWM控制策略,分别研究了适于Z源三电平逆变器控制的改进载波同相层叠调制、改进载波反相层叠调制和三次谐波注入载波同相层叠载波调制。仿真结果验证了三种调制策略的可行性。

基于载波重构的级联逆变器功率均衡调制策略

针对已有调制策略应用于级联H桥型(CHB)逆变器中时存在的不足,结合载波移相(CPS)和载波同相层叠(PD)调制策略的优点,提出一种基于载波重构的新型功率均衡调制策略。所提调制策略通过对改进的CPS调制策略中三角载波进行重构,得到一种仍然保留载波移相特征的新型载波排列方式,且采用新型载波排列方式进行调制,逆变器输出电压谐波特性与PD调制策略下的完全一致。因此,在所提的新型功率均衡调制策略下,可以实现级联单元输出功率自均衡,同时可以有效改善逆变器输出线电压谐波特性。本文以三单元级联H桥型逆变器为例研究载波重构方法,分析新型功率均衡调制策略原理及功率均衡所需时间,并通过仿真和实验验证了理论分析的正确性和调制策略的可行性。

基于载波调制的变频调速系统传导EMI研究

这里对兆瓦级双三电平变频调速系统中,同相层叠载波(PD)和正负反相层叠载波(POD)不同调制策略对传导电磁干扰(EMI)的影响进行了研究。首先对电缆、母排、异步电机以及干扰源的高频模型进行了分析。然后以双三电平变频调速系统为研究对象,采用PD和POD空间矢量脉宽调制(SVPWM)不同方法进行仿真比较,得到不同调制方法下的传导EMI频谱。仿真结果表明:采用POD SVPWM方法有助于传导EMI的抑制,实验结果较好地验证了仿真结果的正确性。

一类有源钳位七电平PFC拓扑结构研究

针对传统两电平图腾柱PFC拓扑存在开关器件电压应力大、适用功率等级较低等问题,提出了一种新型无桥七电平PFC通用拓扑结构。通过使用不同的双向钳位开关管替换通用拓扑的钳位支路,从而获得相应拓扑。以最具代表的I型七电平PFC拓扑为例对工作原理详细分析。选择适用的辅助电路用以平衡直流侧电容电压,并结合载波同相层叠脉宽调制与电压电流双闭环控制策略生成相应开关脉冲序列,控制对应开关管的有序通断,实现桥臂电压七电平输出。通过仿真验证了拓扑结构的有效性与可行性,所提拓扑降低了开关管电压应力,实现了高功率因数运行,适于功率等级更高的应用场合。

级联H桥逆变器的新型PD优化调制策略

针对传统载波同相层叠(PD)调制策略应用于级联H桥逆变器时存在的功率不均衡问题,提出一种新型PD优化调制策略。在此首先基于载波自由度控制原理,对三角载波进行拆分与重构,实现PD调制策略的一次优化;然后基于调制波自由度减少载波数量,实现调制策略的二次优化。在新型PD优化调制策略下,各级联单元输出功率在一个新载波周期内达到均衡,输出电压谐波特性与采用传统PD调制策略时完全一致,调制复杂度得到简化。最后以三单元级联H桥逆变器为例,通过仿真和实验验证理论分析的正确性与调制策略可行性。

用于机车牵引的新型级联H桥整流器电压平衡方法

级联H桥整流器适用于无输入变压器的高压大容量场合,级联H桥整流器的直流电压平衡方法是其研究重点。本文提出一种新型的电压平衡方法,省去了传统的均衡算法中的多个比例积分调节器。这种基于改进的载波同相层叠正弦脉宽调制(PD-SPWM)的电压的平衡方法实现简单,具有较好的谐波特性,且能够有效地实现不平衡负载条件下,特别是在一个或多个牵引电机处于再生制动状态下的电压平衡控制,并且可以用在任意数量的H桥模块级联中,以适应不同电压等级和功率等级。仿真和实验使所提出的方法的有效性得到了验证。

级联型多电平逆变器线电压谐波优化的SVPWM策略

级联型多电平逆变器采用载波移相控制可以自然实现各H桥单元功率均衡,开关管开关次数保持一致,而采用同相层叠控制可得到谐波含量更小的线电压,但各H桥单元功率不均衡,开关次数也不一致。本文提出一种结合同相层叠控制和载波移相控制二者优点且实现简单的空间矢量调制策略。通过对电压矢量进行重新组合划分,可以将多电平空间矢量控制算法简化为多个两电平空间矢量的移相叠加。对载波进行重构,可以实现输出线电压谐波更小,同时各H桥单元功率自然实现均衡,开关管开关次数达到一致。搭建了一台三相4.5kW的级联型五电平逆变器,对所提出的SVPWM策略进行了实验验证,实验结果表明所提出的空间矢量调制策略的有效性。

基于控制自由度组合的级联H桥逆变器PD功率均衡控制方法

对于级联H桥型逆变器,载波同相层叠(phase disposition,PD)调制策略相比于载波移相(carrier phase shift,CPS)调制策略,具有更优的输出线电压谐波特性,但其无法实现级联单元间功率均衡。为了解决功率均衡问题,该文提出一种新颖的PD功率均衡控制方法,首先基于调制波控制自由度对传统的PD调制技术进行改进,减少了所需三角载波数量,实现了级联单元输出功率的大致均衡;进而结合载波控制自由度组合的思想,通过调整载波在垂直方向上的排列方式,在不改变逆变器输出电压的前提下,实现了对各级联单元输出电压的二次调整,最终在一个输出周期内达到了级联单元间的功率均衡。文中以3个H桥单元级联为例,给出功率均衡的定义和传统PD调制方法下功率不均衡的机理,分析所提控制方法的原理,通过仿真和实验结果验证理论分析的正确性和功率均衡控制方法的可行性。

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。

开关电感Z源三电平中点钳位逆变器的研究

Z源三电平中点钳位逆变器有效地结合了Z源网络的开关电感特性和三电平逆变器的特点,但升压能力有限。针对这一问题,文章提出了开关电感Z源三电平中点钳位逆变器。新逆变器通过改进电路拓扑获得了更强的升压能力,能显著提高系统的输出电压。文章采用改进载波同相层叠调制法控制开关管的工作,该方法简单、可靠、易于实现。仿真结果验证了新拓扑的可行性及有效性。

NPC五电平Z源逆变器的设计研究

传统NPC五电平逆变器不具有单级升压的功能,直流电压利用率低,不允许上下桥臂直通,需引入死区时间,造成逆变系统安全性下降。Z源逆变器(ZSI)利用特殊的X型LC网络实现单级升压功能,同时允许桥臂直通,提高逆变器的可靠性。为此提出一种双Z源NPC五电平逆变器拓扑,分析其直通工作状态,并说明了此拓扑结构的合理性。基于传统NPC五电平逆变器的同相载波层叠PWM调制原理,设计了一种适用于五电平ZSI的同相载波层叠PWM调制法。仿真分析验证了此调制方法的合理性及NPC五电平Z源逆变器在提高直流电压利用率方面的优势。

船舶电力推进系统的分布式仿真研究

设计一种分布式船舶电力推进系统结构,并在仿真的环境下研究了电力推进系统的工作性能和可靠性。分布式电力推进系统设有2组PLC控制中心,通过变频控制和逻辑控制的方式推进船舶的行进和螺旋桨的工作;给出船舶电力推进系统的仿真电路结构,并以载波层叠SPWM的控制方式实现对电力系统电压、电流等信号的控制,保证船舶电力系统以更经济的方式运转和工作。仿真实验数据表明,提出的分布式船舶电力推进系统在电磁信号输出的稳定性方面优势明显,可以使船舶电力系统动力性能和运行成本达到一种均衡的状态。

三相三电平NPC-PWM-REC研究

本文以中点箝位式NPC型三电平电路为拓扑结构,建立了三相PWM整流器的数学模型,分析了电压定向控制工作机理,介绍了数字锁相环和同相载波层叠PWM控制技术。Matlab仿真实验结果表明:NPC-PWM-REC具有四象限运行、容量大、谐波含量少和动态响应快等优点。

矿用高压变频器开关调制优化策略

针对矿用高压变频器采用载波调制PWM控制法时存在开关损耗大、电能质量畸变的问题,在载波同相层叠PWM控制法的基础上,对正弦调制波进行优化。通过对正弦调制波叠加3次谐波和直流分量,得到正半周为马鞍形调制波、负半周为梯形调制波的优化调制波。仿真结果表明,优化调制波的应用提高了变频器直流电压利用率,减小了开关损耗,降低了输出线电压总谐波畸变率。