载波层叠调制技术在6kV级联STATCOM中的应用

为提高6 k V级联STATCOM变流器中功率器件的等效开关频率,将载波层叠调制技术应用于STATCOM中。通过在Matlab/Simulink中进行仿真实验和在山东能源枣庄矿业集团有限责任公司付村煤矿地面6 k V变电所投入运行表明,采用载波层叠调制技术可以有效地实现无功补偿与谐波治理的双赢效果。

一种混合级联逆变器的改进载波层叠调制方法

传统的载波层叠调制方法应用于双低压单元混合级联逆变器时,存在低压单元之间功率不平衡问题。为此,提出了一种基于载波层叠调制的改进调制方法,首先通过传统载波层叠调制方法产生脉宽调制(PWM)脉冲信号,然后以目标波形为参照对PWM脉冲信号进行逻辑组合后得到各个开关管的初始驱动信号,最后再对开关管的初始驱动信号进行功率平衡优化后得到开关管的实际驱动信号。仿真和实验结果表明,该调制方法能够使逆变器在高压单元工作于基波频率的情况下,解决电流倒灌问题和实现两个低压单元的功率平衡。

一种基于载波层叠脉宽调制的倍频调制方法

对于直流侧电压比为1∶2的混合级联H桥七电平逆变器而言,需要对传统的调制方法进行改进,以提高该拓扑的实用性。常规的混合调制方法在一定的调制比区间内存在功率倒灌问题,单极性调制方法虽然有效地解决了这个问题,但是高压单元在部分区间内参与高频工作,限制了整个系统开关频率的提高,混合频率调制方法在一定程度上可以降低高压单元的开关频率,但输出电压谐波特性又会受到影响。针对以上问题,提出一种基于载波层叠脉宽调制(LS-PWM)的倍频调制方法,一方面解决传统混合调制方法固有的功率倒灌问题,另一方面在高压单元开关频率较低的情况下保证逆变器输出电压具有良好的谐波特性。仿真和实验结果证明了理论分析的正确性。

一种三电平中点钳位变流器改进型载波反相层叠脉宽调制策略

三电平中点钳位变流器载波反相层叠脉宽调制(PODPWM)策略可降低共模电压,但其存在相电压两电平跳变(TLJ)和难以添加中点电位平衡控制策略的缺陷。为解决以上缺陷,该文首先分析PODPWM的基本原理及其等效的空间矢量序列。在此基础上,通过对调制波叠加特定零序分量并在调制波采样值过零点处选择使用特定方向的三角载波,得到可防止TLJ的改进型PODPWM(IPODPWM)及其中点电位平衡控制策略。最后推导IPODPWM作用下的共模电压、直流电压利用率、相电压频谱和开关频率,并设计基于IPODPWM的同步调制方法。仿真和实验结果表明,所提IPODPWM能够避免相电压两电平跳变并控制中点电位平衡,且具有共模电压小、直流电压利用率高的优点。

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。

MMC的多载波调制策略对比分析

相比于传统直流输电技术,模块化多电平换流器型轻型直流输电系统MMC-HVDC(multi-level modular converter high-voltage direct-current)交流输出电压波形质量高,有良好的可扩展性,适用于多种电压和功率场合,而MMC调制策略对MMC系统的输出质量有很大影响,对调制策略进行研究很有必要。首先介绍了应用于MMC的载波移相调制(CPS-PWM)和载波层叠调制(LS-PWM)3种层叠方式的工作原理,并对CPS-PWM、PD-PWM、POD-PWM和APOD-PWM 4种调制进行了深入的对比分析;然后重点比较了4种调制策略在输出相电压谐波畸变率及等效开关频率等方面的表现,总结4种多载波调制的特点及应用场合;最后通过Matlab/Simulink搭建单端三相无源逆变MMC系统对4种调制进行对比分析,验证上述理论结果。

APOD载波调制三电平Z源逆变器

根据中点钳位三电平单Z源逆变器的拓扑结构,详细分析了其3种工作状态。与传统逆变器不同,直通状态的插入不仅省去死区的设置以及死区时间的补偿,同时实现了逆变器升压输出的效果。根据直通矢量插入特点,提出一种基于交替反相层叠载波调制(APOD)的三电平Z源逆变器脉宽调制方法。该方法将直通状态插入于零矢量中,实现直流链的全直通,获得升压能力的同时又不增加开关损耗。仿真和实验结果表明该调制策略能够实现逆变器升压输出,验证了所提出的APOD载波调制三电平Z源逆变器控制策略的有效性。

一种两倍升压五电平开关电容逆变器

开关电容型逆变器具有使用单直流电源输入、电容电压自均衡、输出谐波含量低以及高电压增益的优势。本文提出一种新型五电平逆变器拓扑,该拓扑由1个直流电源、2个浮动电容、1个电感以及4对互补开关管构成;采用多载波层叠调制策略实现开关电容与输入电源的分时串并联运行;实现了2倍电压增益、五电平输出以及电容电压自均衡;通过增加电感抑制了开关电容充电时存在的脉冲电流,降低了开关管的电流应力。此外,逆变电路中没有单独二极管器件,使得该电路具有能量双向流动的能力,扩展了电路的应用范围。本文详细分析了电路的构成及工作过程,仿真及实验结果验证了所提出的逆变器具有可行性。

集中式多电平调制策略的状态机型脉冲分配器设计与实现

脉冲分配方式是实现如载波层叠调制、最近电平逼近调制等集中式多电平调制策略的主要难点。针对含冗余状态的模块组合型多电平变换器,提出一种应用于集中式调制策略的状态机型脉冲分配器设计与实现方法。该脉冲分配器致力于使电平化后的调制信号遍历状态机中的所有路径,从而各个模块的开关次数在各个电平等级都得到均匀的分配,实现了模块电容电压的自然平衡特性。同时,针对低频类调制策略无法自动遍历状态机的情形,该状态机具有状态强制切换功能,在最大限度维持模块开关频率低频特性的条件下,使其能够在合理的时间范围内遍历状态机。通过基于模块化多电平变换器平台的仿真与实验验证了状态机型脉冲分配器的有效性。

模块化多电平换流器(MMC)调制方法综述

介绍了模块化多电平换流器(MMC)的拓扑和工作原理,分类别详叙了各种调制方法。总结了不同调制技术的优缺点和应用场合,为MMC的工程应用提供了借鉴意义。提出了MMC调制技术的改进方向,对进一步的研究探索有积极意义。

模块化多电平变换器三种调制策略及电压平衡控制仿真与对比研究

模块化多电平变换器作为一种新型的多电平拓扑,因为适用于电压源换流型直流输电场合而得到了广泛研究。本文介绍了模块化多电平变换器的拓扑结构和工作原理,并对常用于模块化多电平变换器拓扑的载波移相、最近电平逼近和载波层叠调制策略以及相应的电容电压平衡算法进行了分析,并在PSCAD/EMTDC下搭建了31电平的模块化多电平变换器仿真模型,分别实现了三种调制策略及其电容电压平衡算法,比较了不同调制策略在电压谐波、电容电压平衡、开关频率等方面的表现,并给出了不同调制策略的特点。

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。

模块化多电平换流器调制策略对比

对比采用不同调制策略时模块化多电平换流器输出波形的特性。模块化多电平换流器的调制策略,根据是否需要对子模块电容电压排序,可分为计算投入子模块个数调制策略和载波相移调制策略2类。在同一电平数下,采用不同调制策略会对模块化多电平换流器输出波形的各次谐波分布和谐波畸变率产生明显影响。当电平数升高时,不同调制策略对谐波畸变率的减少量也不同。

多电平调制技术在10kV STATCOM中的应用研究

为了提高10kV级联H桥STATCOM的输出电压质量,将单极倍频CPS-SPWM调制技术和改进型载波层叠调制技术进行对比研究。在电压等级为10kV的STATCOM中,分析了不同载波频率下,STATCOM单相输出电压的谐波畸变率的变化。仿真和试验证明,单极CPS-SPWM相对于改进型载波层叠调制技术,具有波形质量好、谐波畸变率低和等效开关频率高等优势。

一种新型开关电容准谐振多电平逆变器

针对现有多电平逆变器充电过程存在电流尖峰和电压波动问题,提出一种新型准谐振五电平逆变器。简言之,采用载波层叠脉宽调制方案,将开关电容技术与传统五电平逆变器相结合,减小了前级承受的累加电平,实现了五电平输出;并在电容充电过程与串接电感谐振,消除了电流尖峰和电压波动,同时减轻了电容的发热问题,延长电路的使用寿命。最后,对所提结构进行了仿真验证,其结果证明了所提逆变器结构方案的正确性和可行性。

模块化多电平变换器的两种调制策略研究

调制策略是研究模块化多电平变换器(MMC)的基础,也是影响MMC输出特性的重要因素。本文研究分析了两种调制策略:载波移相调制和载波层叠调制的原理以及在MMC中的实现方法。通过在Matlab/Simulink平台上的仿真,验证了载波移相调制更利于MMC各子模块电容电压的均衡,并且能使MMC获得更好的谐波特性。

新型六开关两倍电压增益五电平逆变器

倍压多电平逆变拓扑具有自主升压和多电平输出的突出优点。提出了一种新型六开关两倍压增益五电平逆变拓扑,该拓扑由两个半桥单元和一个开关电容单元组成,通过载波层叠调制策略可以实现直流输入电源与电容器分时串并联运行,从而实现电路的自主升压和五电平输出电压波形。通过对比分析现有倍压多电平逆变拓扑,所提出的新型两倍压增益五电平逆变拓扑具有使用开关器件数量少、电压应力低、调制策略简单等优点。实验测试结果证明了所提五电平逆变拓扑在不同工况下的可行性与有效性。

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。

基于三相四线制三电平有源滤波器的简化三维空间矢量调制策略研究

三相四线制中点箝位(Neutral-Point Clamped,NPC)型三电平四桥臂有源电力滤波器(Active Power Filter,APF)采用三维空间矢量调制(3-Dimensional Space Vector Pulse Width Modulation,3D-SVPWM)策略可以高效地改善电能质量,减少谐波含量。但由于其复杂的拓扑结构,造成运算过程中响应时间过长的问题。针对这一问题,提出了一种简化的3D-SVPWM调制策略。该策略通过降维的方法,分别对前三相桥臂采用3D-SVPWM调制策略,对N相桥臂采用载波层叠PWM调制策略,确定触发脉冲信号。相较传统调制算法,新的调制策略缩短了计算空间矢量的作用时间,减少整体过程的响应时间,并且保证了开关时序的一致。通过MATLAB/Simulink仿真实验结果验证了文章提出的算法的正确性和可行性。

混合CHB逆变器优化调制策略的研究

在载波层叠脉宽调制(LS-PWM)的基础上提出一种混合频率优化调制策略,其中,高压单元采用正负反相层叠(POD)的控制方法,低压单元采用一种类似单极倍频的方法,并对正弦脉宽调制(SPWM)所得脉冲进行了逻辑运算与组合,不仅有效解决了传统混合调制所产生的电流倒灌和能量反馈的问题,而且改善了在混合频率调制下由于高压单元频率降低,输出相电压谐波性能较差的问题,从而降低了逆变器输出电压低次谐波的含量,提高了逆变器输出电能质量。最后搭建了Matlab/Sinmlink仿真模型和实验平台,仿真和实验研究证实了该调制策略的有效性和切实性。