多逆变器模块并联驱动的大功率无线电能传输系统研究

针对传统单个逆变器驱动的无线电能传输(wireless power transfer,WPT)系统输出功率有限的问题,提出了一种多逆变器模块并联驱动的大功率WPT系统,并对多逆变器模块并联的拓扑结构和各模块间的环流进行了分析。为了解决逆变器并联时产生的环流问题,提出了基于主从策略的相位同步控制方法,通过从逆变器输出电压和发送端电流相位差同步于主逆变器输出电压和发送端电流相位差实现逆变器模块间的相位差补偿。研制了三个逆变器模块并联驱动的WPT系统样机,实验结果表明,在500 V直流输入时,负载端获得功率约为20 kW,传输效率达94%,且各逆变器输出电压相位实现同步,证明了相位同步控制方法的有效性。

基于流固物理场的电机逆变器功率模块散热结构优化设计

散热设计在电机逆变器功率模块研制过程中至关重要,温升是影响逆变器功率模块散热的关键因素。为了探究其温升特性,建立了一种基于流固物理场的电机逆变器功率模块结构模型,采用有限元分析法对功率模块的3D温度场和流体场进行了计算,分析了功率模块内部温度场及湍流流线的分布情况。在此基础上,进一步分析了导热胶脂参数、环境温度、风扇面积及格栅面积对功率模块温升的影响,得到一种优化后的功率模块流固物理场结构模型。结果表明,考虑空气流场的流固物理场模型能分析电机逆变器功率模块内部的温度,也可确定影响其温升的关键性因素。经优化后,在环境温度为20℃和125℃下,该模型能分别有效降低电机逆变器功率模块23.1%和10.01%的温度。该研究为电机逆变器功率模块的封装热设计提供了参考,同时为功率模块结温的在线估算提供了依据。

模块化多电平逆变器仿真研究

模块化多电平逆变器具有输出谐波含量低、扩展性强、控制灵活等优势,在高压大功率场合得到广泛应用。本文通过深入分析模块化多电平逆变器的拓扑结构、数学模型和工作原理,基于PI控制策略设计功率电流双闭环控制器;为减小桥臂电流畸变、改善内部环流,基于比例谐振控制策略设计环流抑制器;为减小子模块电压波动,采用电容电压冒泡排序法和最近电平调制策略。利用MATLAB软件搭建了系统的仿真模型,并在额定运行和功率阶跃的工况下进行仿真验证,测试结果表明控制算法能快速跟随目标值,有效抑制桥臂电流二倍频分量,电容电压均衡,并验证了所建模型的正确性。

模块化多电平逆变器电容电压及环流控制

模块化多电平变换器作为逆变器时,一个重要特点是能够控制模块电容电压及环流。本文推导出了该变换器的一种单相状态方程,定性分析了环流及电容电压的谐波成分,证实了环流二次谐波呈负序分布,给出了三相状态方程在负序两倍基波频率dq0坐标系的方程,dq坐标系中的方程表达了环流谐波的特性,而零序方程则表达了电容平均电压及环流直流成分的特性。基于此,本文提出了环流谐波及直流成分的解耦控制策略,在dq坐标系中,对传统的控制策略进行改进,以有效抑制环流谐波,在零序坐标系中,实现对电容平均电压及环流直流成分的控制,不同坐标系中的控制,彼此互不影响。最后通过仿真及实验研究证明了文中的结论。

直接并联模块化逆变器零序环流抑制

新型FREEDM微网中,采用逆变器直接并联技术可提高固态变压器的并网容量,但受到运算放大器零点漂移、谐波扰动以及信号延迟等因素的影响,该技术存在严重的零序环流问题。在并联逆变器间零序环流的平均模型和同步旋转坐标模型基础上,分析dq0坐标轴参考信号与输出电压的关系,提出理想机模型对PWM调制波参考信号进行误差反馈调节,实现各逆变器之间互不干扰地进行零序环流抑制,采用顺序控制方案,增加了控制器的调节效率和准确度。在PSCAD/EMTDC环境下仿真结果表明,所采用控制策略对零序环流具有有效的抑制作用,同时提高了功率均分的准确度。

模块化多电平逆变器的仿真分析

介绍模块化多电平逆变器的拓扑结构和工作原理,根据模块化多电平逆变器的特性及在高压大功率场合中的应用,采用基于排序法的电容均压控制算法与最近电平逼近调制策略相结合以实现电容电压的平衡和系统的稳定。采用上述的控制策略在MATLAB-Simulink仿真平台下搭建7电平的逆变器仿真模型,通过对子模块电容电压波动分析及逆变器输出电压电流谐波畸变率分析,结果表明最近电平逼近调制策略下换流器输出的波形质量高,谐波含量少,子模块电容电压波动小,验证了所采用的均压控制策略和最近电平逼近调制策略的合理性和有效性。

船舶中压直流电力系统中模块化多电平逆变器的谐波性能仿真研究

[目的]对船舶中压直流(MVDC)电力系统而言,模块化多电平逆变器(MMC)的应用是目前研究的热点。MMC的输出电压波形是否为正弦波将直接决定MVDC电网和负载的工作性能,因此改善MMC的谐波性能显得尤为重要。[方法]首先,以船舶MVDC电力系统为背景,研究MMC的谐波特性与电压等级、桥臂子模块(SM)数量之间的关系;然后,针对控制器采样周期、载波频率、调制比和桥臂电感值等参数对MMC逆变器谐波性能的影响,开展仿真对比分析。[结果]研究结果表明:较高电压等级的MMC应配置较多的子模块;当明确MMC子模块的数量后,调制比和采样周期是MMC谐波特性的主要影响因素。[结论]所得结论可为中压型MMC逆变器的参数设计提供决策依据。

多模块化逆变器直接并联控制及效率分析研究

微网中大功率分布式电源并网逆变器采用模块化结构,输出功率的随机性和波动性不仅容易造成逆变器的过载或轻载,而且工作效率不高。本文根据逆变器效率随传输功率的变化在低功率区间成正比例、高功率区间普遍较高的规律,制定基于模糊控制理论的逆变模块投切控制策略,通过其并联数目的调整,维持系统的高效运行;同时设计同步控制器,实现模块的平滑投切;并提出零序环流抑制策略,解决多直接并联模块零序环流突出的问题。仿真分析表明,所采用的控制策略能够实现并网逆变器始终工作在效率最佳工作区间,为分布式电源高效安全并网提供参考。

基于深度学习的模块化逆变器故障诊断

针对模块化逆变器相似故障难以区分以及一维时间序列信号提取故障特征容易造成信息丢失的问题,文中提出一种基于深度学习的模块化逆变器子模块开路故障诊断方法。该方法将从逆变器模型中采集得到的原始数据进行小波包分解,获取高频特征系数,然后通过GASF(格莱姆角求和矩阵)将获得的特征系数转换为二维图片,最后将其作为输入送至ResNet深度残差网络训练模型,实现智能故障诊断。实验结果表明,该算法用于模块化逆变器故障诊断时识别的故障种类达49种,且包含故障特征区别不明显的相似故障,验证精度能达到100%,具有较强的故障诊断能力。为验证所提方法的优劣,设置几种传统的故障特征提取与分类方法进行对比,所提方法为诊断模块化逆变器故障以及为类似一维时间序列信号诊断提供了一种新思路。

模块化五电平逆变器子模块开路故障的智能诊断方法

基于深度学习理论,提出了一种基于栈式稀疏自动编码器(SSAE)的模块化五电平逆变器(MFLI)子模块开路故障诊断方法。该方法将MFLI子模块开路故障检测与定位问题转化成分类问题,首先将子模块电容电压信号组合成24通道序列信号,然后沿着24通道序列移动大小为24×40滑动窗口获得"数据带"样本,紧接着将"数据带"转化为向量输入到SSAE中进行逐层无监督特征学习,构建原始故障数据集的深层特征简明表达,最后将深层特征简明表达连接到Softmax分类器输出故障诊断结果。此外,为了提高该方法的抗噪性能,利用已添加高斯白噪声的数据对SSAE进行训练,以提高其特征表达的鲁棒性。结果表明,所提出的故障诊断方法平均准确度达到98.09%,故障平均诊断时间为31.47ms,且具有较高的鲁棒性。

基于Z源网络的模块化多电平逆变器拓扑设计

传统多电平逆变器存在着不能升压的缺点而使其的应用受到限制。根据Z源网络可实现升降压的功能,提出将Z源网络应用到模块化多电平逆变器(MMC)中。通过对Z源网络和MMC的原理及运行状态的分析,设计出含Z源网络的MMC拓扑结构、升压策略、包含MMC子模块电容电压平衡控制的调制策略,通过控制Z源网络的直通占空比就可以灵活控制输出电压。仿真结果验证了新型拓扑结构和控制策略的正确性和优越性。

模块化多电平逆变器预充电控制策略

针对矿井提升机运行特点,采用由模块化多电平整流器和模块化多电平逆变器构成的背靠背模块化多电平变流器用于矿井提升机控制;针对目前通过直流侧对模块化多电平逆变器进行预充电的控制研究较少的问题,提出了一种模块化多电平逆变器预充电控制策略。该控制策略通过控制充电电流来控制子模块充电状态,使子模块电容充电至模块化多电平变流器稳定运行时的电压要求,同时将充电电流和充电过程中产生的过电压限定在安全范围内,使充电时间最短。仿真结果验证了该控制策略的有效性。

模块化多电平逆变器共模电压研究

对模块化多电平逆变器(MMC)中,开关动作和子模块电容电压波动产生的共模电压展开研究。先用双傅立叶分解法推导了载波移相调制方式下各个子模块的PWM波频域表达式,然后对子模块电容电压的低频特性进行分析,最后分析了共模电压的成份及来源,并给出计算式。在Matlab中搭建了模型,通过仿真对理论分析进行验证,对比结果证明了理论分析的正确性。

模块化并联逆变器基于单总线的相位同步方法

为了消除共交直流母线结构的模块化并联逆变器高频零序环流,同时避免模块投入时的冲击电流,文中提出一种基于单同步总线的基波和载波相位同步方法。首先,分析晶振频率偏差对模块化并联逆变器高频零序环流的影响;然后,构建一个基于或非逻辑的同步信号发生器电路。同步信号发生器通过综合各模块的输入信号,产生一个公共的工频同步信号,并在同步信号的上升沿实现对基波和载波相位的逐周期调节。文中详细地进行基波和载波相位同步控制器参数设计,分析延时时间对载波相位同步控制的影响,并提出一种开环载波相位补偿方法。最后,通过实验验证所提方法的有效性。

改进子模块电压均衡控制的模块化多电平逆变器控制策略

针对模块化多电平逆变器(MMC)子模块电容电压的稳定情况将直接影响其工作性能的特点,对已有的MMC子模块均压控制策略进行改进,在四模块单相MMC基础上利用仿真软件Matlab/Simulink进行了仿真,并在以TMS320F2812为核心的控制平台上进行了实验验证,仿真及实验结果证实了改进子模块电压均衡控制策略的有效性和准确性。

基于模块化多电平逆变器的风力发电单相并网系统研究

提出了一种可实现多台风力发电机同时联网的模块化多电平逆变器单相并网发电系统,模块化多电平逆变器由串联的两电平逆变器组成,每一个两电平逆变器与风力发电机的电源转换系统相连,无须无源滤波器和变压器,可直接与高压电网相连,在不同的风速条件下,所产生的电能可以通过模块化多电平逆变器流入电网。仿真结果表明,基于模块化多电平逆变器的风力发电系统在平均控制各电容电压的同时,还可以实现以统一的功率因数控制潮流大小。

基于模块化多电平逆变器的STATCOM环流抑制策略研究

模块化多电平静止同步补偿器(MMC-STATCOM)在运行中存在环流问题,它会对系统的运行产生较大负面影响,例如增加功率损耗,降低器件使用寿命等。针对此问题,首先分析了环流的产生机理,建立了环流模型。为有效抑制环流的各次谐波,提出了一种基于准比例谐振控制的环流谐波抑制方法。在MATLAB/Simulink平台搭建模型进行仿真,结果表明,所提方法能够有效控制环流,降低桥臂电流的畸变程度,有利于减少MMC-STATCOM功率器件的功率损耗。

电源模块设计考量及逆变器电机驱动的优化

当今的电机驱动器使用变频器来控制电机的速度和转矩。使用变频器不仅可以提高在全速运行时的能效,而且进一步节能。智能功率模块(IPM)是用于可变速驱动器的一项赋能技术,把逆变器和内部驱动器集成在单个模块中。对于低功率工业三相交流输入应用,IPM模块和凝胶填充模块都已得到广泛使用。安森美半导体TMPIM系列可以将转移成型模块的使用范围扩大到更高的功率水平,还为工业电机驱动器的逆变器设计人员提供方便、紧凑、可靠的方案。

模块化NPC逆变器中点电位平衡及环流抑制的协同控制策略

本文研究了一种模块化三相三线制中点箝位型(Neutral Point Clamped—NPC)三电平逆变器中点电位控制与环流抑制的协同控制技术。首先介绍了模块化逆变器系统的整体结构与可切换的控制模态;然后针对NPC并联系统中特有的中点电位问题与模块间不均流的问题,提出一种和零序环流协同控制的准比例谐振的中点电压平衡算法。所提的优化控制方法可使NPC逆变器保证输出波形质量的同时具有更宽的稳定运行范围。仿真结果验证了理论分析的正确性。

基于模块化多电平换流器的大型光伏并网系统仿真研究

为了解决大型光伏并网发电系统存在的光能利用率低、对电网影响大等问题,基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)提出一种新的大型光伏并网发电系统结构,即光伏阵列经DC-DC电路与模块化多电平换流器子模块相连,构成并网逆变系统;在该系统中,外环电压控制维持直流侧母线电压及交流侧电压稳定,内环电流控制为脉宽调制(pulse width modulation,PWM)提供参考波,有功无功独立控制。详细论述该系统的结构及其控制策略,并在Simulink中搭建10 MWp光伏发电系统模型。仿真结果验证了该系统结构的可行性及控制策略的有效性,同时也表明,该系统具有太阳能利用率高、并网谐波含量低等优势。