中压级联H桥换流器提高输出电能质量的锯齿载波NL-PWM策略

最近电平-脉宽调制(Nearest Level Pulse Width Modulation,NL-PWM)技术是将最近电平调制(Nearest Level Modulation,NLM)与脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)有机结合的先进调制策略,适用于中压配电网级联H桥换流器,具有开关频率低和谐波特性好的优点。现有的NL-PWM调制基于三角载波,在中压配电网应用CHB子模块数较少的情况下,其输出电压的THD含量相对较高,并且其开关点随参考电压变化,不利于均压控制。由于锯齿载波具有固定的跳变点便于均压控制,通过对NL-PWM调制的基本原理的分析,推导了基于锯齿载波的NL-PWM输出电压波形的频谱;通过仿真分析了不同电平情况下锯齿载波NL-PWM的谐波特性,并将其调制性能与基于三角载波的NL-PWM调制方法进行了对比。搭建了每相4个H桥模块级联的电力电子换流器,进行了基于锯齿载波NL-PWM调制的实验验证。仿真和实验结果表明,锯齿载波的NL-PWM调制的输出电压和电流THD含量明显小于三角载波的NL-PWM调制。

基于锯齿载波的最少开关次数调制波的PWM数学分析

文章分析了最少开关次数调制波的输出线电压波形,并根据三相逆变器实现软开关PWM动作需要,用双重傅里叶级数展开法解析了基于锯齿载波的最少开关次数调制波的PWM频谱特性。分析结果指出,该调制波虽是个不对称波,且含有直流分量,但其实质还是在正弦波基础上叠加了零序谐波分量和一个直流分量。这些零序谐波分量和直流分量在三相逆变器中相互抵消,其输出线电压还是正弦波。正是这种畸形波的调制作用,使得逆变器直流母线电压利用率得以提高,且正负序谐波幅值相差较小,能有效减小谐波损耗,提高波形质量,抑制谐波转矩脉动。通过与SAPWM比较后指出,最少开关次数调制波PWM只能使用单极性调制,其有效开关次数是后者的一半,电流波形质量不如后者。

双三相PMSM锯齿载波双随机SVPWM策略

双三相永磁同步电机具有高功率密度、低成本、高可靠性等优点,适用于电动飞机、舰船推进等场合。然而,采用空间矢量脉宽调制策略(space vector pulse width modulation,SVPWM)会导致相电流在开关频率及其整数倍处存在集中的高频谐波,并因此带来振动噪声问题。此外,对双三相电机开关序列的中心化处理,也会增加谐波含量。为此,文中结合随机零矢量SVPWM与变延时SVPWM,提出基于锯齿载波的双随机SVPWM控制方法。在不影响矢量控制运行性能的情况下,将开关频率及其整数倍处的谐波分散到指定频域内,显著降低相电流的高频谐波幅值。与此同时,采用锯齿载波代替传统的三角载波,避免了开关序列的中心化处理,降低了谐波含量。实验结果验证了所提控制方法的有效性。

中压模块化多电平换流器降低开关频率的锯齿载波最近电平-脉宽调制方法

最近电平-脉宽调制(NL-PWM)适用于中压模块化多电平换流器(MMC),较最近电平调制(NLM)可大幅减少谐波电流。NL-PWM通过电压排序实现桥臂子模块均压,均压切换设置在阶梯波跳变点,可减少额外的开关切换,但也限制了均压频率,影响了均压效果。PWM开关频率较高,在其开关点进行均压切换可大幅提高均压频率。现有NL-PWM方法基于三角载波,其开关点随参考电压变化,不便于均压控制的实施。该文提出非倍频和倍频的基于锯齿载波的NL-PWM方法,锯齿载波具有固定的跳变点便于均压控制。分析了所提调制的谐波特性,研究表明,采用倍频锯齿载波NL-PWM方法可在降低开关频率的同时保证良好的均压效果与输出电能质量。此外,所提调制亦可避免功率开关的窄脉冲。仿真与实验研究验证了理论分析的正确性。

永磁同步电机锯齿载波减振控制

为了降低电力推进用永磁同步电机水下噪声,提出一种新型锯齿载波减振控制方法。该方法应用锯齿载波替代传统三角载波进行空间矢量脉宽调制,使相电流基波两侧的边带谐波幅值大幅降低,从而抑制电机低频振动。针对锯齿载波带来的相电流高频谐波增大的问题,进一步应用基于随机开关频率和随机零矢量的双随机控制,使得开关频率整数倍处的相电流高频谐波幅值有效降低,从而降低电机高频振动。实验结果表明,锯齿载波双随机控制对低频和高频振动均有明显抑制作用,尤其是锯齿载波较传统三角载波低频振动加速度降幅可达60%。

电容箝位型非对称H桥五电平逆变器正弦脉宽调制控制

为简化多电平逆变器拓扑结构、提高性能,构建了电容箝位型非对称H桥五电平逆变器。提出一种新型的锯齿载波交错正弦脉宽调制(sine pulse width modulation,SPWM)策略,通过在每个载波周期内控制电容充、放电时间相等,保证电容电压平衡。采用锯齿载波,在扩展的三相系统中,控制任意两相电压相对应的脉宽调制(pulse width modulation,PWM)脉冲对始终位于对应锯齿载波的起始(末尾)侧,消除了线电压中部分相邻"电平层"交叠的现象。对3种同类五电平逆变器及其对应的调制策略进行对比分析,构建的拓扑所用功率器件最少,等效开关频率为载波频率的2倍,电容电压平衡且波动幅度较小,线电压谐波含量最少。实验结果验证了该拓扑及其调制策略的正确性与有效性。

多电平变换器的一维空间矢量调制技术研究

随着逆变器输出电平数进一步增多,调制策略计算更加复杂,难以实现。一维空间矢量调制方法将桥臂输出状态模拟为一维的电压矢量,通过简单的判断和计算得到开关管开关状态,大大地简化了多电平逆变器的调制策略。但是该方法推广到多相时,线电压会出现电平层交叠现象。基于一维空间矢量调制提出一种锯齿载波实现方法,根据计算得到的矢量作用时间分解调制波,再与锯齿载波进行比较产生脉冲。多相输出时,可通过改变载波的相位关系改变各相之间脉冲的位置关系,以消除线电压电平层交叠现象,提高线电压谐波性能。此调制波分解办法使得脉冲冗余矢量选取、脉冲宽度、脉冲位置均可控,计算简单易实现,针对不同拓扑的通用性强。通过仿真和实验对所提的方法进行了验证,结果表明了所提出方法的有效性和优越性。

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。

三相H桥三电平逆变器谐波抑制方法

为改善传统三相H桥三电平逆变器输出线电压质量,对存在的直流母线电压波动和线电压相邻"电平层"交叠现象进行理论分析。提出基于直流母线电压实时采样的载波前馈校正方法,根据直流母线电压的波动实时校正载波形状,调整不同PWM脉冲幅值时的脉宽;提出锯齿载波相移PWM(PS-SPWM)调制方法,控制任意两相电压相对应的脉冲对始终位于对应锯齿载波的起始(末尾)处,消除了线电压相邻"电平层"交叠现象。与传统方法相比,进一步抑制了线电压的高、低次谐波。实验结果验证了提出方法的可行性与有效性。

软开关式谐波补偿器主电路控制策略研究

对一种软开关式谐波补偿器主电路的控制策略进行了归纳总结,论述了换流开关和逆变器开关驱动信号产生的原则;设计了产生控制信号的硬件逻辑电路,说明了工作原理;根据硬件逻辑电路建立了仿真模型,并进行了仿真分析,验证了硬件逻辑电路和仿真模型是正确的.对软开关式谐波补偿器的仿真分析表明:换流开关器件是在零电流下导通,几乎是在零电流下关断.逆变器开关器件也工作在软开关方式,其复现的指令电流失真很小.因此证明了所归纳的控制策略是正确的,此种软开关式谐波补偿器是可行的.