SPWM-2H桥逆变器直流侧等效模型

在以SPWM-2H桥作为逆变器的AC/DC/AC变流系统中,逆变器作为系统直流侧的负载,其动静态行为,对其前端变流系统的建模仿真、控制方法与动静态性能研究具有重要的影响。因此,有必要对其直流侧等效模型进行研究,从而揭示其作为前端变流系统的负载特性。文章在建立SPWM-2H桥逆变器数学模型的基础上,推导出了逆变器直流侧等效数学模型。最后通过相关的仿真与实验工作,验证了本文所建立的SPWM-2H桥逆变器直流侧等效模型及其简化等效电路模型的正确性。

多电平级联H桥逆变器通用型离散模型及分岔与混沌行为特性分析

多电平级联H桥逆变器内部功率器件多、等效开关频率高、开关组合状态繁杂、离散数学模型建立难度大,其分岔、混沌动力学行为难以进行系统性分析。基于虚拟遍历法建立了具有N个单元的多电平级联H桥逆变器通用型离散映射数学模型;引入对交流变量跟踪性能更佳的准比例谐振控制器,并重点分析了比例增益、谐振增益、单元数量N变化以及主电路和控制电路中其他参数变化情况下的分岔、混沌行为特性;对比分析了引入混沌抑制前后系统稳定性变化情况。从方法论角度分别采用根轨迹图和折叠图验证了稳定性分析结果的正确性,并通过PSIM仿真和实验验证了相关结论的正确性和抑制分岔与混沌行为的有效性。

基于自抗扰控制的H桥逆变器的混沌研究

为了解决新能源发电系统逆变器出现混沌的问题,提出了一种基于自抗扰控制的H桥逆变器的调节方案。针对处于混沌状态的逆变器的稳态和动态特性差的现象,构建了逆变器的离散模型,并通过建立跟踪微分器、扩张状态观测器以及状态误差反馈控制律进行混沌控制。通过分岔图、折叠图以及仿真分析,结果可知基于自抗扰控制的H桥逆变器比基于比例控制的H桥逆变器的稳定范围扩大了45%,有效地抑制了混沌现象的发生。通过分析可得出:该控制策略对系统的混沌行为能够进行抑制,拓宽了系统稳定工作范围。

混合级联H桥逆变器的新型SHEPWM功率均衡控制策略

对于直流侧电压比为1∶1∶2的混合级联H桥逆变器,传统的指定谐波消除脉宽调制法(SHEPWM)存在各单元间输出功率不均衡问题,因此,提出一种双层功率均衡调制策略。首先,通过对消谐方程组中的基波幅值方程表达式进行等效拆分,使2个低压H桥单元的输出电压基波幅值之和与高压H桥单元的输出电压基波幅值相等,实现了高低压H桥单元间的功率均衡,即外层功率均衡。其次,利用逻辑运算的方法对低压单元的初始驱动信号进行逻辑重组,实现2个低压单元间的功率均衡,即内层功率均衡;然后使用改进的实数型遗传算法(IRCGA-2)求出消谐方程组的解,消除指定的谐波,得到高质量的输出电压。最后,通过仿真和实验证明了调制策略的正确性与有效性。

基于混沌的H桥逆变器的非奇异终端滑膜控制

针对逆变器的分岔和混沌现象,建立逆变器的离散模型,通过分岔图、Lyapunov指数和折叠图分析非线性行为,并计算出系统的稳定运行范围及混沌运行范围。文中提出一种非奇异终端滑膜控制策略,设计切换面函数,推导逆变器的反馈控制律。最后进行仿真,仿真结果表明:非奇异滑膜控制能够有效抑制系统的混沌行为,从而拓宽了系统稳定工作范围,相比于比例积分控制(proportional integral derivative,PI),稳定范围扩大了80%。由此可以使得逆变器实现稳定工作,有很强的实际应用价值。

悬浮电容H桥级联七电平逆变器的混合载波频率调制策略

多电平逆变器具有输出电压谐波含量少、开关器件电压应力低、等效开关频率高等优点,广泛应用于新能源发电场合。悬浮电容H桥级联七电平逆变器,因开关频率低、器件数量少、输出电平数量多得到广泛的关注。为了降低损耗,使H桥逆变单元开关管以低开关频率动作,悬浮电容逆变单元开关管以高开关频率动作,但是会引起过调制和悬浮电容电压失控的问题。为解决过调制问题,该文提出基于调制波分解的混合载波频率调制策略,增加过调制区间的调制过程,分解悬浮电容逆变单元超出载波部分的调制波,使H桥逆变单元开关管以低开关频率运行;同时提出基于工作模式切换的有功功率分解控制,详细分析两种工作模式下的稳压控制原理,根据电容电压的状态改变悬浮电容逆变单元有功功率大小,实现不同工况下悬浮电容电压均衡。最后通过仿真和实验验证了所提调制策略的正确性。

一种基于Si/SiC级联H桥逆变器的高性能模型预测控制方法

Si/SiC级联H桥逆变器,能够利用不同器件的开关组合保证低输出电流谐波畸变率(Total Harmonic Distortion,THD)和装置效率,但也带来了Si/SiC子模块开关分配的难题.对此,本论文设计一种变权重的模型预测控制方法(Model Predictive Control,MPC)选择总开关状态并分配子模块开关组合.该方法在选取逆变器总开关状态和Si/SiC子模块开关组合的代价函数中引入基于器件开关损耗的变权重,以改善逆变器的效率和输出电流谐波畸变率.在五电平Si/SiC级联H桥逆变装置上验证了变权重MPC的有效性,相比于固定权重MPC,输出电流THD最多降低2.05%,装置损耗最多降低4.53%.

单相H桥光伏逆变器的混沌控制

逆变器是强的非线性系统,它通常具有复杂动力学现象,例如跨临界分岔、倍周期分岔等,它会大大增加输出电流的谐波含量,降低变换器的效率,使其发生振荡乃至崩溃。目前大多数混沌控制存在建模困难、控制效果不明显、稳定性不强的缺点。针对此,提供了一种全新的混沌抑制方式,即改进余弦延时反馈控制(improved cosine delay feedback control, ICDFC)。该方式先使用被控对象的输出量和自身延时一个周期的差值作为反馈量,该反馈量再经过余弦函数环节和反馈控制参数之后得到控制信号,并将该控制信息以反馈形式直接作用到被控对象中。同时构建系统频闪映射模型并寻求系统的Jacobian矩阵和平衡点,最后基于朱里判据给出了反馈控制参数的限定条件。为说明所提出混沌控制方法的优越性,开展了大量的仿真模拟试验,并与指数延时反馈控制进行比较。结果表明,ICDFC能更有效地抑制逆变器的混沌行为,且大大增加了系统运行的稳定域。

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。

基于矩形区域分类的NPC型H桥级联五电平逆变器简化模型预测电压控制

为进一步提高中点电压钳制(neutral point clamped,NPC)H桥级联五电平逆变器的动态响应、降低控制器计算负担的同时确保装置低损耗运行,文中在电压矢量矩形区域分类的基础上,提出一种以满足动态响应和降低开关损耗为目标的两级优化模型预测电压控制策略。首先根据逆变器数学模型和期望电流进行目标电压矢量计算、修正,接着基于矩形区域分类对目标电压矢量进行定位;并以定位后的候选矢量为基础,设计了两级优化目标函数以输出满足要求的最优矢量。仿真和实验结果验证了该方法的有效性,与空间矢量脉宽调制以及传统模型预测电流、电压控制策略相比,该文所研究的两级优化模型预测电压控制策略,在确保逆变器动态响应的前提下既能降低控制器计算负担,还能有效减少器件开关损耗。

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。

单相级联H桥光伏并网逆变器控制策略综述

为提高光伏发电效率以及减小其体积,分析了级联H桥拓扑结构具有开关器件应力小、输出电压质量高及滤波器体积小等优点。由于其直流侧可由一块光伏组件单独供电,可对每个光伏模块进行最大功率点跟踪,进而越来越多地运用于光伏并网系统来提高系统的发电效率。根据控制策略中功率控制方法的不同,可将级联H桥光伏并网逆变器控制策略分为功率均衡控制和功率不均衡控制。分别对两种方法及优缺点进行了介绍,并结合当今级联H桥光伏并网逆变器的不足对未来发展进行展望。

共直流母线级联H桥光伏逆变器控制策略研究

三相共直流母线隔离型级联H桥(CHB)光伏(PV)逆变器因其模块化的多电平结构可实现无工频升压变压器的高效超大功率直挂式并网接入,尤其适用于单机20 WM以上的PV发电系统。为此,提出一种基于三相CHB拓扑的共直流母线中压直挂式PV发电系统的控制策略,以实现所有PV阵列的最大功率点追踪、三相电网电流控制、所有H桥直流母线电压控制以及模块间传输有功功率的平衡控制,不仅能够满足实际应用需求,而且有利于模块化设计并简化系统的通讯设计。实验结果验证了其有效性和可行性。

扩大级联H桥光伏并网逆变器运行范围的控制策略

级联H桥光伏并网逆变器由于输入功率不平衡而导致功率大的级联单元发生过调制现象,从而引发电网电流畸变。为解决此问题,提出一种新型控制方式。所提控制方法通过引入适量的基波至过调制单元调制波中,使得过调制单元的调制波由幅值超过1的正弦波变为幅值为1的正弦波,调制度始终不超过1,并将引入的基波按各单元可承受能力反向补偿至其他非过调制单元,从而抵消在过调制单元中引入基波的影响,解决了过调制问题,扩大了级联H桥光伏并网逆变器调制范围。所提方法可将调制范围扩大至1.27,扩宽了级联H桥光伏并网逆变器稳定域的运行范围。

H桥逆变器的复合控制策略

针对比例积分(proportional integral,简称PI)控制H桥逆变器时出现的问题,将PI控制与幂次趋近律滑模控制相结合,提出复合控制策略.仿真实验结果表明:PI控制下逆变器为倍周期分岔状态,而复合控制下逆变器为稳定状态;相对于PI控制,复合控制能将电压、电感及开关频率稳定域拓展得更广,复合控制对扰动具有更强的鲁棒性,复合控制输出电流的畸变率更小、幅值更接近参考电流的幅值.因此,复合控制比PI控制更具优越性.

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。

NPC/H桥逆变器调制策略及其中点电位控制

以中点钳位型H(neutral point clamped H,NPC/H)桥逆变器为对象,研究该拓扑调制策略中存在的算法繁琐、直流侧电容电压波动问题。在分析了NPC/H桥五电平逆变器主电路工作原理的基础上,为简化空间矢量脉宽调制(spacevector pulsewidthmodulation,SVPWM)算法和抑制低开关频率下逆变器输出畸变,设计了一种基于g-h坐标系的三段式SVPWM算法。该算法开关状态选择灵活,具有开关损耗低、谐波性能好的特点。基于SVPWM算法,分析直流侧电容电压波动原因,根据电流方向和电容电压差,合理选择左、右桥臂的开关状态,平衡电容中点电位。搭建Simulink仿真模型,对比不同开关频率和不同调制度下逆变器输出性能,验证了三段式开关序列在低开关频率工况下的明显优势。基于以数字信号处理器和现场可编程门阵列(digital singnal processor and field-programmable gate array,DSP&FPGA)为控制器的NPC/H桥五电平逆变器实验平台,验证了三段式SVPWM策略和中点电位控制方法的有效性。

2H桥单元组合逆变器复合控制策略

中频逆变器在各种舰艇上均有广泛的应用,为了保证逆变器的波形质量与稳定性,针对中频逆变器的特点,建立2H桥单元组合逆变器的拓扑结构和数学模型,通过SPWM的谐波分析找出谐波的特点。并以此建立了电压电流双环反馈的控制器。内环为电流反馈,使用3、5和7次谐波的P+控制器,外环为电压反馈,使用基波的谐振控制器。这种复合控制器有效地对各种谐波进行补偿抑制。在三相逆变器系统的仿真中得出了理论的适用性。

中点钳位型H桥级联单相逆变器新型空间矢量脉宽调制方法

通过对中点钳位型H桥级联单相逆变器开关状态分析,得到了27种有效开关矢量。提出一种适用于该拓扑结构的单相空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)方法,该方法将单相一维空间矢量图分为8个区间。根据期望电压矢量幅值和矢量所在区间以及上一个开关周期的终止矢量进行输出脉冲合成类型判断,并基于开关次数最小原则提出3种矢量合成规则。根据伏秒平衡原理对每种脉冲类型的矢量作用时间进行了计算。提供一种兼顾电压均衡、开关次数最小和开关器件均衡利用的冗余矢量使用法则。利用DSP和FPGA芯片实现所提出的算法。仿真和实验验证了提出调制方法的正确性和可行性。

基于无功补偿的级联H桥光伏逆变器功率不平衡控制策略

级联H桥光伏逆变器各级功率单元可以实现独立的最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)控制,有助于提高系统的效率。但由于遮挡或组件损坏等因素的影响,光伏组件间输出功率不平衡,会使输出功率正常的光伏组件对应的功率单元过调制,导致输出电流性能变差甚至系统不稳定。为此,提出一种具有无功补偿功能的集中控制策略,遵循有功按比例分配和无功按需求分配的原则,保证功率严重不平衡时所有功率单元均不会过调制。仿真结果和实验结果都验证了所提控制策略的有效性。