适合直接驱动型风力发电系统的DRC混合箝位变流器研究

针对直接驱动型风力发电系统中需要的全功率变流器,提出了一种基于箝位二极管、电阻、电容DRC (Diode Resistor Capacitor)混合箝位的三电平变流器,并采用载波相移正弦脉宽调制CPS-SPWM(Carrier phase shifted SPWM)技术产生控制脉冲。仿真结果表明,该变流器输出波形正确,等效开关频率提高了1倍,最低次载波谐波移至载波频率2倍的位置,并具有自动平衡电容电压,电容充放电电流呈周期性变化且无电流尖峰冲击等优点。

Z源三电平中点钳位逆变器中点电位平衡控制方法

针对Z源三电平中点钳位逆变器,分析直通状态对逆变器中线电流的影响,结果表明,直通状态的注入不会引起中点电位失衡,据此研究一种基于载波调制的中点电位平衡控制方法。该方法利用双调制波理论消除中点电位的低频振荡,但由于双调制波技术无法消除中点电位的直流偏移,故提出对直通占空比进行前馈补偿以抑制此类失衡。该补偿方式不会产生额外的开关动作,因此不会增加逆变器的开关损耗。仿真及实验结果均证实了所提出的中点电位平衡控制方法的有效性。

一种N相中点钳位型三电平逆变器的PWM策略

本文研究了N相中点钳位型三电平逆变器(NPC 3LI)的调制策略和中点电压控制方法。提出一种适用于N相NPC 3LI的PWM策略——N相虚拟空间矢量脉宽调制策略(N-VSVPWM),这种PWM策略通过准确地计算和执行每相1电平占空比实现中点电压无条件平衡。一些非理想因素(如死区插入)会破坏该PWM策略的中点电压自平衡能力,因此,本文还提出基于N-VSVPWM的中点电压主动控制方法。理论分析和实验结果表明,N-VSVPWM较空间矢量脉宽调制策略(SVPWM)具有更好的中点电压控制能力,较好的谐波特性,但是开关损耗有所上升。

一种抑制系统漏电流非隔离型三电平逆变器中点平衡载波调制算法

为了同时解决漏电流和中点平衡这两个问题,首先分析系统漏电流产生的机理以及传统调制策略对漏电流的影响,并且在大中零矢量调制(LMZVM)算法的基础上提出一种基于零序电压注入的大中正负小矢量调制(LMP/NSVM)算法。在非单位功率因数的情况下,根据直流侧中点总电荷量最小而选择LMP/NSVM或LMZVM策略,与大中小矢量调制(LMSVM)策略相比,本文提出的LMP/NSVM算法中点电位调节速度更快、稳态波动更小。系统漏电流与LMZVM基本相同并且优于传统的SVPWM,而且是基于载波思想实现的,算法简单、易于实现,因而该调制策略具有一定的工程应用价值。最后,与传统的三种调制策略实验结果对比,验证了理论分析的正确性与有效性。

基于TMS320F28335 DSP的三电平逆变器

研制了一台1kV/400kVA的二极管箝位三电平逆变器实验样机,分析了其工作机理和调制算法,在此基础上对基于三角载波层叠式调制算法进行了改进,利用Matlab/Simulink仿真软件实现了该算法的仿真验证。基于先进的TMS320F28335浮点型DSP设计了改进的三角载波层叠式不规则对称采样法控制程序,并且在新研制的200kVA三电平逆变器上完成了动模实验。实验结果表明,该算法非常适用于新型DSP数字化控制软件的实现,控制性能稳定,能获得带死区功能的控制脉冲,输出电压和电流谐波含量小。

中压配电网载波通信卡式电感耦合器耦合模型

为满足载波信号在中压配网电缆线路的耦合通信要求,需要高耦合效率的卡式电感耦合器。提出一种中压配网载波通信卡式电感耦合器耦合模型,并对其耦合效率进行了分析。首先在卡式电感耦合器结构型式及电缆线路结构特征基础上,分析卡式电感耦合器的耦合机理。然后结合罗氏线圈与松耦合变压器模型,推导卡式电感耦合器的耦合数学模型,修正卡式电感耦合器互感系数。并利用ansoft电磁软件搭建仿真模型,验证所推导的卡式电感耦合器耦合数学模型的正确性。最后利用耦合器数学模型及仿真模型,分析卡式电感耦合器不同影响因子:耦合器磁环气隙、磁环相对磁导率、绕组匝数以及耦合器骨架尺寸对电缆侧电压耦合效率的影响。仿真结果与计算结果均表明,所提耦合器数学模型能够准确地反映耦合器的耦合情况,为电力线载波技术在智能配电网中的实用化提供了较好的分析方法和理论依据。

复合斩波电路在二极管箝位型三电平逆变器中的应用

在介绍二极管箝位型三电平逆变器的拓扑结构及工作原理的基础上,对三电平逆变器PWM控制方法进行分析,在Matlab/Simulink环境下搭建了三电平逆变器的模型,对几种载波PWM控制方法进行仿真并分析了仿真结果,针对存在着直流电压利用率比较低,总谐波畸变率高和中点电位不平衡等问题,采用复合斩波电路并结合以非正弦波作为调制波的PWM控制方法对三电平逆变器控制,仿真结果验证了所选用方法的有效性。

新型三电平NPC变流器双调制波载波调制策略

提出了一种新型三电平中点箝位(NPC)变流器双调制波载波调制策略。研究了新策略调制波与传统正弦脉宽调制(SPWM)策略调制波的关系,在尽可能减小系统开关频率的前提下推导了新策略调制波的解,并对新策略的直流电压利用率、器件开关频率和输出相电压总谐波畸变率(THD)等特性进行了深入研究,最后进行了实验验证。与传统三电平SPWM策略相比,虽然新型双调制波载波调制策略功率器件开关频率较高,但该策略在任意调制度和任意功率因数下均可保持直流电容电压的平衡,且具有简单易行、易于数字化实现的优点。

基于混合载波调制的三电平ANPC逆变器开路故障容错控制策略

与二极管中点箝位型(neutral-point-clamped,NPC)逆变器相比,有源中点箝位型(active NPC,ANPC)逆变器具有零电平下的冗余开关状态,增加控制自由度和容错运行能力。为进一步提高三电平ANPC逆变器的可靠性,提出一种基于混合载波调制技术的容错控制方法,通过改变参考调制信号和载波信号,可以实现单个和多个功率器件开路故障下的多模式容错运行,采用改进的零序电压注入法,维持正常和容错运行模式下直流侧电容电压的平衡,并抑制中点电位的低频脉动。所提方法不需要增加额外的功率器件和传感器,可以提高三电平ANPC逆变器的可靠性和输出性能。仿真和实验结果验证所提容错控制策略的可行性和有效性。

新颖的双调制波三电平载波脉宽调制方法

传统三电平载波脉宽调制(pulse width modulation,PWM)每相只有一个调制波,在部分调制度和功率因数下无法完全消除三电平中点箝位(neutral point clamped,NPC)逆变器中点电位的低频波动。提出一种新的双调制波载波PWM(double modulation wave carrier-based PWM,DMWPWM)。这种新的PWM根据电压等效原则和中点平衡原则把传统PWM每相的1个调制波分解成2个调制波来实现调制,其突出优点在于能够在所有线性调制度和全部功率因数范围内完全消除三电平NPC逆变器中点电位的低频波动。详细阐述这种新PWM的基本原理,并通过仿真和实验研究验证该PWM的有效性。

一种通用的基于预测控制的二极管钳位型变流器载波调制均压策略

直流电容均压控制是二极管钳位型变流器的主要问题。本文以三电平二极管钳位型变流器为例,提出了一种通用的二极管钳位型变流器的载波调制均压策略。该均压策略通过在载波调制器的调制波中注入优化的零序电压来平衡各直流电容的电压。首先,给出了所注入零序电压的通用表达式,分析了零序电压对三电平二极管钳位型变流器中点电位的控制机理;其次,提出了一种基于预测控制的均压算法,计算所需的优化零序电压。仿真和实验结果表明,本文所提均压方法可有效控制三电平二极管钳位型变流器的中点电位,并可方便地扩展到更多电平数的二极管钳位型变流器。

新颖的双调制波中点电位控制策略的研究

针对三电平中点钳位式逆变器中点电位平衡的问题,建立了中点电位小信号模型,提出了一种新颖的中点电位闭环控制策略。该控制策略采用双调制波脉宽调制方法,不仅可以获得较高的直流电压利用率还消除了中点电位的低频振荡;采用PI调节器作为控制器,具有中点电位动态响应快,并可以实现中点电位的稳态无静差控制。在三电平中点钳位逆变器实验平台上进行了实验验证。实验结果证明了所提出控制策略的正确性和有效性。

单相三电平逆变器移相控制技术研究

为了对单相三电平逆变器的输出电压进行调节,在多载波层叠调制策略的基础上,引入调制波移相控制技术,即逆变器两个桥臂采用相同的载波,而两个调制波则具有一定的相位差。同时针对移相调压过程中出现的输出线电压电平变化问题,进行了详细的理论分析和公式推导,得出了输出线电压电平变化的临界相位差。最后给出了实验结果,验证了理论分析的正确性和可行性。

基于载流子抽取模型的Trench Gate/Field-stop IGBT驱动器有源箝位功能分析

针对Trench gate/Field-stop IGBT结构特有的关断过程中集电极电流下降率不可控问题,引入了载流子抽取模型来模拟器件关断过程中的集电极电流下降阶段器件内部载流子的动态行为特性,并以此为基础分析了驱动器为适应Trench gate/Field-Stop IGBT结构这种关断特性而引入的有源箝位功能的作用机理,验证了载流子抽取模型在器件级与电路级交互作用分析中的实用性,为后续实现器件与电路的最佳匹配奠定了基础。

三电平双组双调制波载波脉宽调制方法

中点电位不平衡问题是三电平中点钳位(neutral point clamped,NPC)逆变器的固有问题,目前的中点电位平衡方法或者在部分条件下无法完全消除中点电位低频波动,或者存在开关频率偏高的问题。提出一种双组双调制波载波脉宽调制(double-group double-modulation-wave carrier-based pulse width modulation,DGDMWPWM)方法。DGDMWPWM由平均中点电流大小相等方向相反的两组双调制波根据中点电位的方向进行切换调制,既能完全消除三电平NPC逆变器的中点电位低频波动,又具有开关频率较低的优点。详细阐述该脉宽调制(pulse width modulation,PWM)的基本原理,并通过仿真和实验研究验证了该PWM的有效性。

基于DMWPWM的三电平NPC变流器闭环控制策略研究

双调制波载波调制策略(DMWPWM)可实现三电平中点钳位(NPC)变流器在全调制度、全功率因数范围无直流电容电压低频波动。对比3类双调制波载波调制策略的直流电压利用率、器件开关损耗和输出电流谐波畸变率(THD),得到最优双调制波载波调制策略,但其本质为开环控制,难以抑制非调制因素引起的直流电容电压不平衡。应用一种基于双调制波载波调制的直流电容电压闭环控制策略,实现中点电位平衡。仿真结果验证了理论分析的可行性与有效性。

三电平H桥级联逆变器载波移相脉宽调制方式

在三电平H桥级联(3-LHC)多电平主电路中,传统的载波层叠脉宽调制难以实现各级联单元的功率平衡,而基于两电平级联的载波移相脉宽调制又不能直接运用.中点箝位(NPC)三电平桥臂内只能采用载波层叠脉宽调制,而H桥的桥臂间和各H桥之间则既可以采用载波层叠脉宽调制也可以采用载波移相脉宽调制.基于这一原理,提出了2种适合3-LHC多电平的载波移相脉宽调制方式,分别为基于五电平、三电平载波层叠的载波移相脉宽调制.前者仅在级联单元间使用载波移相,而后者在级联单元间和桥臂间均采用载波移相.仿真对比分析结果表明,基于五电平载波层叠的载波移相脉宽调制是该拓扑中较理想的调制方式.实验结果证实该方法具有很好的效果.

一种二极管箝位五电平H桥逆变器的应用

介绍了一种二极管箝位型五电平H桥逆变器,它以2个三电平桥臂构成H桥,可以方便地得到五电平相电压输出,结合移相变压器和12脉波整流器,形成了一种新的大功率变流器拓扑结构。针对五电平H桥,采用载波移相控制策略,实现简单,能够使载波频率加倍,降低滤波器的体积和容量,提高系统效率。仿真和实验结果证实了所采用的拓扑及其控制策略的有效性和实用性,能够有效提高输入侧功率因数,并获得良好的输出波形。

无电网电压传感器的DPC-TCM五电平整流器研究

在高压大功率领域,五电平整流器比三电平性能更优。由于五电平空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法运算量大,针对有源中点箝位五电平(ANPC-5L)拓扑结构,提出一种输出波形质量与SVPWM算法完全等效的空间矢量等效三电平载波调制(TCPWM)算法。建立电感滤波的五电平整流器的数学模型,采用无电网电压传感器的开关频率固定的准直接功率控制(DPC)策略。最后通过实验验证了所提TCPWM算法及控制策略的正确性。

基于电容箝位五电平H桥的逆变器应用

为研究基于电容箝位五电平H桥逆变器的应用,以电容箝位5电平H桥构成三相逆变器,结合电容箝位3电平和常规H桥电路的优点,并采用消谐波PWM和载波相移PWM相结合的调制策略,对所采用的逆变器拓扑及其控制策略的有效性进行了仿真和实验验证。结果表明:所采用的逆变器拓扑可以方便地得到5电平输出,提高了输出电压和功率等级;所采用的控制策略能够有效提高等效载波频率,降低滤波器的体积和容量;两种调制方法的结合可发挥各自的优势,使控制灵活、实现简单。