基于级联式多电平变换器的静止无功补偿器拓扑研究

电力系统实时无功补偿对提升电能质量至关重要,传统的无功功率补偿常采用大容量的电抗器、电容器,体积大、重量大、效率低。静止无功补偿器采用全控开关器件构成,具有可控,动态响应速度快,损耗低,效率高的优点。以单相H桥为级联单位串联而成的级联式多电平变换器可通过对各个H桥进行移相控制,输出多电平波形,提高输出电压正弦度,降低谐波含量,减小滤波器的体积,且具有扩展性强,适应性强,实现容易等优点。介绍了级联式多电平变换器的拓扑与工作原理及适用于该变换器的基于三角载波移相技术的PWM调制策略,通过降低开关管的开关频率,提高系统的效率。最后搭建了仿真模型验证了该拓扑与调制策略的有效性。

电压源型逆变器三角载波电流控制新方法

该文分析了三角载波电流控制传统方法的频率特性和PI调节器中的积分系数取值对该频率特性的影响 ,如果用一阶惯性环节去近似地模拟逆变器的频率特性 ,则会有一定的误差。根据对给定扰动进行预先补偿的原理 ,在反馈控制的基础上 ,加了对给定扰动 (Vo 和逆变器的输出阻抗 )的补偿环节 ,提出了三角载波电流控制新方法。该方法充分发挥了前馈控制和反馈控制的优点 ,在跟踪性能方面要比传统控制方法优越。频域特性方面的分析结果和两个典型算例 (梯形波和有源滤波 )的计算结果都证实了这一结论。而且新控制方法由比例、微分和加法等基本环节构成 ,这些基本环节比较容易实现 。

基于载波频率成分法的内置式永磁同步电机无位置传感器控制

在分析内置式永磁同步电机(interior permanent magnet synchronous motor,IPMSM)在两个静止参考轴系中的高频成分数学模型基础上,研究一种基于载波频率成分法的无位置传感器控制策略。为了能够提供持续的载波频率成分信号,采用三相三角波载波SPWM调制方式。推导了该调制方式下IPMSM的载波频率成分电流方程,根据载波频率成分电流峰值表达式中包含的转子位置信息实现了对IPMSM转子位置的估算。仿真和实验结果验证了该估算方法能够准确地实现IPMSM在全速域内的无位置传感器运行。

二极管钳位多电平空间矢量与载波调制策略统一理论研究

多电平变换器脉宽调制(pulse width modulation,PWM)控制方法主要有正弦载波PWM法(sinusoidal carrier-based modulation,SPWM)和空间矢量脉宽调制法(space vector pulse width modulation,SVPWM),这两种调制策略存在一定的本质关系,在两电平或三电平中,对于两种调制算法的内在联系已有许多论述,但对于更高电平的SVPWM调制中,一般由于多电平冗余电压矢量过多,调制序列较复杂,文献中对SPWM与SVPWM的统一理论研究存在一定的不足。该文针对这一问题,深入研究多电平SVPWM调制序列与SPWM的统一,通过在SPWM调制波中叠加零序分量得到与SVPWM完全吻合的序列,最终推导出n电平含任意段数的SVPWM序列与SPWM的统一。

永磁同步电机转子磁极的极性判别方法

针对永磁同步电机转子磁极的极性判别问题,依据电枢绕组的磁饱和特性,从电机的高频数学模型入手,提出一种以PWM逆变器载波频率成份作为高频信号源的极性判别方法。为了能够产生旋转的载波频率成份信号,逆变器采用三相三角波载波SPWM调制方式,并给出了该调制模式下的载波频率成份电压表达式。推导了α-β坐标系下的载波频率成份电流矢量方程,方程中的饱和分量幅值包含转子磁极的极性信息。利用外差处理电路提取饱和分量,进而实现了对永磁同步电机转子磁极的极性辨别。仿真和实验结果证明了理论分析的正确性。该方法不需要知道电机的精确参数,也不需要向电机注入额外的特定高频信号,能够判别PMSM转子磁极的极性。

混合级联多电平逆变器混合频率载波调制技术

针对于II型混合级联型多电平逆变器混合调制中,输出电平切换时出现的低压单元直流侧电流倒灌问题,提出了一种改进的混合频率载波调制策略。该策略采用频率相差1倍,且幅值相同的6个层叠载波对正弦调制波进行混合调制,兼顾了低压单元和高压单元的性能,在保障输出电压波形质量的同时,完全解决了电流倒灌问题。以II型混合级联七电平逆变器为例,在给定相关参数下对该策略进行了仿真和实验验证,研究结果表明该策略下逆变器相电压和线电压总谐波畸变率分别为19.90%和17.34%,谐波主要分布在载波比两侧,直流侧电流倒灌问题被完全消除。

级联H桥多电平逆变器空间矢量调制与三角载波调制统一理论

三角载波PWM(TCPWM)法和空间矢量PWM(SVPWM)法是级联H桥多电平逆变器主要的PWM调制方法。这两种调制方法存在一定的本质关系,但目前还没有很好地解决关于这两种方法的统一理论。针对这一问题,深入研究了多电平SVPWM序列与TCPWM的统一,通过在TCPWM调制波中叠加零序分量得到与SVPWM完全吻合的序列,最终推导出n电平含任意段数的SVPWM序列与TCPWM的统一,最后通过实验验证了该统一理论的正确性。

三相PWM整流器滞环电流控制仿真

三相PWM整流器已广泛应用工业与电气控制领域,电流控制技术决定着三相PWM整流器系统的控制性能。综合比较了各种电流控制方法,应用较多的滞环比较PWM电流控制技术基本原理进行分析,表明常规滞环电流控制开关频率变化的随机性。为了达到开关频率恒定,消除随机误,通过引入三角载波比较的方法解决常规滞环电流控制中的开关周期不固定的缺点,采用MATLAB/Simulin软件搭建系统模型,对方案进行仿真验证,结果表明,采用三角波的固定开关频率滞环电流方案能获得良好的控制效果。

级联式多电平逆变器三角载波移相控制的研究

级联式多电平逆变器因其具有众多的优点,在高压变频调速领域中得到广泛应用。三角载波移相控制是级联式多电平逆变器常用的控制算法,在介绍级联式多电平逆变器的基础上,详细分析了三角载波移相控制方法的原理,在Matlab/Simulink仿真环境下对级联式多电平逆变器进行了仿真,并给出了TMS320C2812 DSP实现逆变系统的数字化控制方案,利用FPGA与DSP结合的方式实现多路SPWM脉冲对功率单元级联式逆变器进行控制。仿真和实验结果论证了FPGA与主控制器结合实时产生多路脉冲的可行性,验证了基于三角载波水平移相级联式多电平逆变器具有优良的输出特性。

一种改进的定频数字滞环电流控制策略

针对机载电动静液作动器(EHA)用20 k W级大功率无刷直流电机,提出了一种改进的定频数字滞环电流控制策略(HCCS)。在此控制策略中,通过对PWM_ON调制模式下相电流数学模型的构建以及相应电流环控制模式的分析,对一种综合三角载波控制和滞环电流控制的混合滞环电流控制进行改进,设计了一种实现简单、控制稳定、具有过流保护功能以及功率元件开关频率有条件固定的改进的准定频滞环电流控制策略,并通过数字化处理,引入数字化规则,实现完全的定频控制。仿真和实验结果表明,此控制策略能够实现大功率无刷直流电机控制时固定的功率元件开关频率以及高频率响应,将为高性能大功率无刷直流电机高效的电流控制提供一条新路径。

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。

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。

有源中点钳位多电平逆变器空间矢量调制与三角载波调制统一理论

目前有源中点钳位多电平逆变器(ANPC)中三角载波正弦脉宽调制(SPWM)和空间矢量脉宽调制(SVPWM)之间的统一理论尚缺乏系统的分析和研究。在仔细分析其拓扑结构以及开关序列后,针对其相电压冗余开关状态众多的特点,提出一种全新的调制波分解策略。该方法避免了传统调制波分解策略无法确定相电压冗余状态及开关序列的弊端,同时物理意义明确,可以被应用于级联H桥等其他具有众多相电压冗余状态拓扑的统一理论研究。通过给三相正弦调制波注入零序分量,并根据开关管的自由度进行子调制波分解,经SPWM后的信号直接用来触发开关管的开断,从而得到唯一确定的开关序列,且和SVPWM有相同的控制效果。将该理论推广到n电平下任意段数输出,实验验证了该理论的正确性。

新型少开关多电平有源滤波器设计与实现

为解决因级联型多电平有源滤波器电路结构导致其价格比较昂贵而限制了其应用的问题,采用模块化的思想设计一种新型主电路结构。利用对输出电平进行数学排列组合,将开关进行重新布置,以实现减少开关和直流电源数量的目的。依据新型结构进行模型分析,采用三角载波的控制策略;通过DSP芯片构成100 k V·A样机进行试验,与传统的H桥级联型电路比较试验波形结果,谐波畸变率、控制波形、直流电压稳定性等多个参数分析,验证了所提新型主电路较传统电路在补偿效果和控制复杂程度等方面的优越性。

PWM控制器中阻容耦合导致的非线性分析

为研究受阻容耦合影响后PWM控制器传输特性的非线性,通过定量的理论分析,得到三角波信号激励下阻容耦合的时域响应,并由具体数据仿真实验得出耦合参数对PWM控制器传输特性的影响。通过仿真和实验发现,时间常数偏小时,响应存在超前、衰减和斜率变化3个特征。其中衰减特征影响PWM控制器传输特性的灵敏度和控制范围,即输出幅度衰减,PWM控制器的灵敏度上升、控制范围变窄;斜率变化特征导致PWM控制器传输特性的非线性,即波形的上升段斜率会由大变小、下降段斜率绝对值由大变小。

混合级联九电平逆变器低压单元功率均衡控制

为解决直流侧电压比为2∶1∶1的混合级联九电平逆变器低压单元输出功率不均问题,提出一种新调制策略。该调制策略基于混合载波层叠调制策略,对低压单元开关管的初始驱动信号进行逻辑运算,得到功率开关管的实际驱动信号,并对低压单元功率均衡原理进行深入分析。通过分析可知新调制策略既可以保留输出电压谐波性能,又可有效均衡低压单元输出功率且均衡时间为1个三角载波周期。最后通过仿真和实验结果验证所提策略的正确性与可行性。

级联式多电平逆变器SPWM控制技术的研究及仿真实现

在高压大功率交流变频调速领域,级联式多电平逆变器目前处于主导地位,而三角载波移相控制技术又是其较适合的控制方略。本文在详细推导级联式多电平逆变器输出波形的基础上,研究分析了其实现的技术方法,并进行了仿真验证,得出了相应的结论。

基于啁啾FBG的三角形光脉冲发生器的优化设计

提出了利用啁啾光纤布拉格光栅(FBG)和马赫增德尔调制器产生三角形光脉冲的优化方案。方案采用FBG模拟单模光纤的色散特性,结合光载波抑制调制产生了三角形光脉冲,并通过仿真分析,选择FBG的长度、调制深度、适当的折射率切趾函数对三角形光脉冲的线性特征进行了优化。仿真结果表明,在同一啁啾系数下,产生的三角形光脉冲的失真程度随啁啾光纤光栅的调制深度增大而增大,光栅长度、折射率切趾函数对三角形光脉冲的影响也比较明显。与现有系统相比,由于将FBG引入系统,省去长距离的光纤,优化方案系统结构更为简单,三角形光脉冲线性特征更好。

一种新型级联型变换器三角载波控制算法的仿真分析

级联型多电平变换器作为一种应用于高压大功率变换场合的新型变换器,其控制方法是当前的一个研究热点。基于现有的研究成果和控制自由度组合思想,讨论了一种已有的多电平变换器三角载波PWM控制方法,根据它的优缺点,提出了一种适用于级联型多电平变换器的新型PWM方法,介绍了其原理和特点。为了比较新旧算法的控制效果,采用功能强大的Matlab软件进行仿真研究,仿真结果表明,所提出的新方法不仅保持了原有的良好谐波特性,而且能够有效提高直流电压利用率,减少开关损耗。

基于变换法的三角波阻容耦合PWM控制器非线性分析

经阻容耦合的三角波载波信号会影响PWM控制器的传输特性。为研究阻容耦合后耦合信号的变化及其对PWM控制器传输特性的影响,通过对模型电路的分析并运用拉普拉斯(Laplace)变换方法求解出了三角波信号激励下阻容耦合电路的时域响应,再由具体数据仿真得出耦合参数对耦合效果和PWM控制器传输特性的影响并分析了产生这些影响的原因。通过仿真实验发现耦合电容取值偏小时,会导致耦合效果差,耦合波形失真严重,PWM控制器的传输特性变得非线性,从而使得PWM控制器的输出与期望偏差较大,不能满足要求,同时,耦合电路的时间常数偏小,也会使耦合效果差,影响PWM的传输特性。最后,还给出了工程应用中耦合电容和时间常数的参考值选择。