ANPC五电平逆变器SVPWM与SPWM的统一理论研究

目前多自由度多电平领域的空间矢量调制(SVPWM)和三角载波正弦脉宽调制(SPWM)的统一理论研究较少。本文在线电压坐标系下,对有源中点钳位型五电平逆变器(5L-ANPC)的SVPWM调制技术进行分析,研究开关序列L和复用矢量调节系数k对SVPWM等效调制波的影响。用SPWM调制波加零序电压的方式等效SVPWM,并推导了零序电压的具体表达式。最后分析SVPWM等效调制波的具体物理意义,将SVPWM和载波层叠PD-SPWM联系起来,得出了一种可以任意选取冗余开关矢量的统一理论。并通过MATLAB/Simulink仿真验证了结论的正确性。

基于全扇区统一占空比函数的Ⅰ型NPC三电平SVPWM载波化算法

Ⅰ型中性点钳位(neutral point clamped, NPC)三电平变流器作为中大容量新能源发电系统的核心设备,其调制策略直接影响变流器的能量转换效率、谐波特性和运行控制特性等。鉴于Ⅰ型三电平变流器的传统空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation, SVPWM)策略在实施过程中包含大量三角函数运算,基于三相静止坐标系进行调制算法的大小扇区判断和矢量作用时间计算等,并通过归纳整理,按照单调制波双载波的载波化思路,获得了适用于全扇区的三相统一的占空比函数。借助该占空比函数,变流器的数字控制器仅需通过简单的关系运算和数值计算,便可获得变流器功率管的控制信号,省去了大量三角函数计算,节约了硬件资源。此外,将SVPWM与正弦波脉宽调制(sinusoidal pulse width modulation, SPWM)+3次谐波注入调制算法进行对比,从调制波层面,揭示了这2种调制算法之间的内在差异。最后,通过仿真验证了该算法的有效性。

车用电机SPWM与SVPWM方案的调制度与电压利用率研究

随着新能源车辆市场占有率的增加,电驱系统性能受到广大学者和汽车行业从业人员的关注。正弦脉宽调制和空间矢量脉宽调制作为两种常用的车用电机控制方案,其涉及的调制度与电压利用率指标影响着电驱总成系统性能,提高调制度进而提升逆变器电压利用率,可以在母线电压一定的前提下,提高电驱系统转矩与功率。本文对SPWM和SVPWM两种控制方案下的调制度和电压利用率概念进行阐述,并通过理论分析及仿真手段加以验证说明,为后续提升系统性能提供理论基础。

NPC变换器中点平衡控制SPWM与SVPWM等效性研究

单相三电平NPC变换器自身硬件结构特点使得其中点不平衡问题在研究相关控制策略过程中成为不可忽视的重要因素,针对单相三电平常用的SPWM和SVPWM两种调制策略,巧妙地从PWM信号占空比角度出发,经过严格的数学分析与推导,证明了利用零序注入实现中点电压平衡控制的SPWM与利用正负小矢量互补特性控制中点电压平衡的SVPWM仍然等效,最后给出了相同条件下两种调制方式的仿真结果,进一步证明两者的等效关系,从而揭示了不同调制方法形散神聚的本质。

三电平NPC变流器SVPWM策略与SPWM策略的等效关系研究

调制策略是三电平中点钳位(neutral point clamped,NPC)变流器的关键技术之一。三电平查表法空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)策略实现复杂,为此,基于三电平正弦波脉宽调制(sinusoidal pulse width modulation,SPWM)策略与SVPWM策略的基本原理,提出了2种三电平SVPWM策略的快速等效实现方案,即调制波等效方案和导通时间等效方案。调制波等效方案研究三电平SVPWM策略的等效调制波,而导通时间等效方案则通过三电平SPWM策略作用下各开关管导通时间计算三电平SVPWM策略对应各开关管导通时间,研究结果验证了三电平SVPWM策略2种等效方案的理论一致性。仿真和实验表明所提2种三电平SVPWM策略的快速等效方案具有实现简单、计算时间少,结果更精确的特点。

电流型双向PWM整流器SPWM与SVPWM控制输出特性比较

在PWM整流器的控制算法中,SVPWM因具有比SPWM更高的电压(电流)利用率而得到广泛的应用。但是当这两种控制算法在应用于有源逆变(如太阳能并网发电,电流源型APF)却呈现了完全相反的实验特性。基于根据指令电流产生触发脉冲时SPWM和SVPWM的不同机理,以能量传输和面积等效原理为依据,讨论了电流型SVPWM和SPWM输出电流特征,得到了在相同条件下,有源逆变时SPWM比SVPWM具有更高的电流利用率的结论,给出了SPWM和SVPWM电流型逆变器的仿真和实验结果,并以此为基础,以提高能源利用率为目的,提出了双向电流型PWM控制的新思路。

一种单相三电平SVPWM调制与载波SPWM内在联系

针对单相三电平二极管钳位(NPC)电压型整流器,为了减小其开关切换次数和开关切换损耗,本文提出了一种单相三电平空间电压矢量调制(SVPWM)方法和一种基于零序分量注入的单相三电平单极性载波叠层的正弦脉宽调制(TLC-SPWM)调制方法。分别给出了该SVPWM的详细设计方法和该TLC-SPWM的零序分量设计方法。并通过理论分析和计算,证明该SVPWM与该零序分量注入的TLC-SPWM本质上为同一类脉宽调制方法,仅实现方式不同。与传统的单极性TLC-SPWM相比,这两种调制方法能够有效地减小开关切换次数,从而减小开关切换损耗。最后,分别搭建了基于Matlab/Simulink的仿真模型和基于TMS320F2812为控制器的1.3kW实验样机,仿真和实验结果都验证了该SVPWM算法及其中点电位控制的可行性和有效性。

SVPWM的等效算法及SVPWM与SPWM的本质联系

提出了一种电压空间矢量调制的新型等效算法,在该算法中无须进行电压矢量夹角的三角函数的运算,只有普通的四则运算,计算变得非常简单。克服了常规的空间矢量控制方法需要进行复杂的坐标转换、正弦函数和反正切函数运算,导致计算量大并且复杂的算法影响计算精度的缺点。详细分析了SVPWM、SPWM与逆变器控制方程的解的关系,得出SVPWM是逆变器控制方程的一个最优解,三角载波调制是逆变器控制方程的在假想中线下的特解,因而空间矢量调制SVPWM和三角载波调制SPWM的本质联系在于二者是同一控制方程的在不同的附加条件下的两个不同的特解。给出了基于空间矢量新型算法下的DC/ACPWM逆变器的实验结果,该结果显示了该算法的正确性和有效性。

三相四线系统中SPWM与SVPWM的归一化研究

对三相三线(3P3W)和三相四线(3P4W)两种接线制式下正弦脉宽调制(SPWM)和空间矢量脉宽调制(SVPWM)的发生原理和数字实现进行了深入分析,通过数学计算推导证明了3P4W系统中SPWM和SVPWM的归一化,并给出了相关波形对这一结论进行验证。研究表明,虽然3P3W系统中SVPWM在谐波抑制和直流电压利用率上均优于SPWM,但在3P4W系统中两者从控制效果上看是一致的,而此时SPWM因其算法简单、易于实现而优于SVPWM,从而在工程应用上更具优势。

级联型逆变器的统一SVPWM方法

以H桥结构的级联型多电平逆变器为研究对象,介绍了统一空间矢量脉宽调制(SVPWM)的实现方法。首先建立了单级逆变器的统一SVPWM方法的显性调制函数表达式,通过改变零矢量分配系数就可以方便地实现各种连续SVPWM和不连续PWM(DPWM)调制方式。然后,通过载波移相的思想将其扩展至多级逆变器。提出了一种简单快速的统一SVPWM的数字化实现算法,该方法避免了传统SVPWM方法复杂的三角运算、坐标变换、空间矢量选择和矢量作用时间的计算。最后建立了8级联多电平逆变器的仿真模型和试验平台,并对不同调制方式下谐波特性进行了对比分析。仿真和试验结果表明此方法是可行的和有效的。

SVPWM与SPWM比较仿真研究

分析比较了SVPWM与SPWM的基本思想、实现原理和调制函数,并在Matlab/Simulink中建立交流调速系统进行比较仿真。理论分析和仿真结果表明,两者既有区别又有联系。相比于传统SPWM,SVPWM直流电压利用率提高15.47%;相同条件下,SVPWM可获得更低的转矩波动,更低的电压谐波畸变率,在电机空间内形成更接近圆形的旋转磁场。SVPWM实质上是基于空间矢量、对在三相正弦波中注入了零序分量的调制波进行规则采样的一种变型SPWM。

SPWM与SVPWM在感应电动机变频调速系统中的比较研究

用80C196MC单片机实现异步电机变频调速的正弦脉宽调制和电压空间矢量脉宽调制。从理论上分析了它们的异同点,最后在一台三相异步电动机上进行了试验验证。实验结果表明:SVPWM调制比SPWM调制时电压利用率高、电流谐波小、高频噪声低。

统一潮流控制器实验装置的动态SPWM方法

针对统一潮流控制器在逆变变换过程中所具有的直流侧电压不断波动的特点，提出了动态ＳＰＷＭ方法，以克服逆变电源的直流电压波动对ＳＰＷＭ法的逆变输出的精确性所造成的影响。动态ＳＰＷＭ方法是基于等面积原理，根据逆变电源电压的波动，动态地修正载波ｖｃ的幅值ｖｃ，使逆变输出脉冲的宽度能根据逆变电源电压的波动动态地得到调整。仿真结果证明按动态ＳＰＷＭ法进行控制得到的逆变输出结果，提高了在逆变电源电压波动情况下的逆变输出精度。

SPWM与SVPWM的宏观对等性研究

基于正弦脉宽调制(sine pulse width modulation,SPWM)与空间矢量脉宽调制(space vector pulse widthmodulation,SVPWM)的基本原理,分析并论证两种算法在性质上的一致性。建立两种算法所在算法空间的一一映射关系,分析并得到两种算法基于基本载波周期的宏观差值函数——零序空间矢量基本函数。基于零序空间矢量基本函数确定的零序分量,将SVPWM等价映射为基波调制波中注入该零序分量的SPWM,建立从载波角度研究SVPWM的新方法。从外部输出结果与内部分析效能两个方面对所得结论进行数值仿真,证明了所得结论的正确性和有效性。

SPWM和SVPWM调制策略对电动机振动噪声影响的实验研究

本文以永磁同步电动机为研究对象,搭建硬件实验平台和软件实验平台。通过不同的调制策略正弦波脉宽调制(SPWM)和空间电压矢量调制(SVPWM),对电动机的振动噪声进行研究。利用实验方法对不同调制策略下的相电流波形进行频谱分析,同时利用振动噪声测试仪对电动机进行径向振动测试,进而研究不同调制策略对电动机振动噪声的影响。实验结果表明,开关频率相同时,SPWM调制下的电流谐波含量和振动加速度级小于SVPWM调制下的电流谐波含量和振动加速度级。因此,SPWM调制下电动机的振动噪声小于SVPWM调制下的振动噪声。

基于SPWM与SVPWM的目标随优PWM算法

通过对总谐波畸变率(total harmonic distortion,THD)的分析,证明基于最小THD的多电平脉宽调制(pulse widthmodulation,PWM)电平选择策略的存在。进一步对多相多电平PWM进行THD最优化分析,建立与相数、电平数及单相目标波形的具体形式无关的目标随优PWM算法。将所得结论应用于正圆形目标轨迹,论证空间矢量脉宽调制最优算法和零矢量对称分配方案的本质,揭示多相PWM中谐波注入应遵循的普遍规律。从理论推导、数值仿真和实验3个方面对算法进行检验,检验结果证明了所做结论的理论正确性和应用广泛性。

SPWM与SVPWM变频控制法分析与应用

通过对正弦脉宽调制法(SPWM)与电压空间失量控制法(SVPWM)的基本原理分析,SVPWM是一种更有效的变频控制法,且给出了SVPWM的电流波形实验结果。

三相四线系统中SPWM与SVPWM的归一化研究

对三相三线（3P3W）和三相四线（3P4W）两种接线制式下正弦脉宽调制（SPWM）和空间矢量脉宽调制（SVPWM）的发生原理和数字实现进行了深入分析。研究表明，虽然3P3W系统中SVPWM在谐波抑制和直流电压利用率上均优于SPWM，但在3P4W系统中两者从控制效果上看是一致的，

基于SPWM的SVPWM算法

传统的SVPWM算法中存在大量的三角函数和求根运算,不利于数字信号处理器的实时运算。为此提出了一种基于SPWM算法的SVPWM算法,将SVPWM像SPWM那样找出其隐含的调制函数,采用SPWM中调制波与载波相比的规则采样思路,在静止坐标系下直接查表得到每个参考电压矢量所对应的三相调制波的函数值。进而得到每相电压在一个PWM周期中的占空比,有利于数字化的实现。经过Matlab仿真证实隐含调制函数的波形。

蓄电池测试系统中SVPWM与SPWM的比较研究

针对高性能蓄电池测试系统主变流电路采用的SVPWM和SPWM调制方法,分析了二者间的内在联系,并进行了性能比较。在数字化控制系统中,较SPWM方案,SVPWM方案不仅提高了逆变器的直流电流利用率,且减小了输出电流的纹波系数,降低了谐波污染,使电路更接近单位功率因数运行。