适用于三电平逆变器的电流谐波最小脉宽调制策略

受限于散热条件,大功率牵引传动系统中逆变器开关频率通常很低,三电平逆变器由于在低开关频率下具有较小的输出谐波、较低的dv/dt等特点在中高压大功率领域中被广泛应用。以三电平中点钳位型逆变器为研究对象,提出一种电流谐波最小脉宽调制策略(CHMPWM),基于加权总谐波畸变最小的优化目标求解不同开关角个数下的开关角曲线,与目前应用较为广泛的特定次谐波消除脉宽调制进行谐波性能对比。该方法不会完全消除特定次数的谐波成分,但是总体电流谐波可以达到最小。针对电流谐波最小脉宽调制策略在实现过程中存在的困难,设计全速度范围基于电流谐波最小脉宽调制的多模式调制策略。仿真和实验结果表明,提出的调制策略具有良好的谐波性能,与理论分析结果一致。

牵引变流器五分频多目标优化同步调制策略

受限于散热条件,为了防止功率器件产生过大的开关损耗,进而减少服役寿命,轨道交通牵引逆变器开关频率通常低于1 kHz。逆变器运行至中、高频区域时,载波比下降导致其输出谐波增加,造成输出性能下降的同时导致电流峰值增大,使得绝缘栅双极晶体管(Insulated-gate Bipolar Transistor,IGBT)产生较大功率损耗,影响行车安全。针对现有低载波比的调制策略较多考虑输出性能的优化,而对IGBT功率损耗抑制考量较少的问题,文章提出一种针对牵引逆变器在五分频下的多目标优化调制策略,保证逆变器输出加权总谐波畸变较小的同时,降低总功率损耗。首先,根据逆变器负载模型建立输出电压与电流的数值与相位关系,根据器件厂商所提供的数据手册,从功率损耗产生机理出发,建立精确的IGBT功率损耗离散计算模型;其次,以逆变器输出电流谐波和功率损耗为优化目标,保证逆变器输出电压基波幅值与参考一致的前提下对开关角进行求解,实现逆变器多目标优化调制的目的。仿真结果表明,在工作区间内,与传统策略相比,所提优化调制策略显著降低了IGBT的功率损耗并保证了较优的输出性能。

矩阵变换器改进多轨迹矢量加权过调制方法

针对矩阵变换器电压传输比低的缺点,对基于多轨迹矢量加权过调制方法进行了分析,在此基础上提出一种改进的过调制策略,通过对改进前后输出电压基波幅值和输出电压谐波畸变率进行理论分析,得出改进后过调制方法可以获得更小的输出电压误差和谐波含量。结合矩阵变换器,对改进前后过调制方法的输出性能进行了仿真研究和实验验证,仿真结果表明,改进后过调制策略通过减小基本矢量作用时间,输出电压与参考电压之间的误差明显减小,输出电压谐波含量显著降低。实验结果证明理论分析正确,所提过调制方法可行。

低载波比下三电平NPC逆变器同步SVPWM算法

如何在低载波比(f_(sw)/f)下保证输出较低的谐波含量,是设计脉宽调制算法时要解决的关键问题。以二极管箝位型(NPC)三电平逆变器为研究对象,基于输出电压波形同时满足同步、三相对称(TPS)、半波对称(HWS)的脉冲发生规律,采用一种新的开关序列设计方法,以1/4周期对称(QWS)作为不必要条件,设计两种参考矢量分布模式下的矢量序列,并以输出线电压加权总谐波畸变(WTHD)作为性能评价指标,对比分析不同矢量序列的谐波性能,分别通过仿真和半实物实验验证各调制算法的可行性。研究表明:新的开关序列设计方法在选择矢量序列时自由度更大,可得到许多新的开关序列,不同的开关序列在不同的调制区段局部较优,且不考虑QWS约束的开关序列在部分调制区段具有更优的谐波性能。

三电平逆变器改进型同步不连续载波脉宽调制策略研究

以三电平逆变器为研究对象,提出避免相电压两电平跳变的改进型同步不连续载波脉宽调制策略(improved synchronized discontinuous pulse width modulation,ISDPWM)。针对传统SDPWM存在的相电压两电平跳变缺陷,文中首先分析相电压满足三相对称、半波对称、无两电平跳变和三相器件同时动作的ISDPWM开关序列设计原则。在此基础上,设计可解决传统SDPWM缺陷的ISDPWM I/II/III/IV和利用零电平钳位状态的ISDPWM A/B/C/D/E/F/G,并分析各ISDPWM的开关频率。通过对比各ISDPWM开关序列的加权总谐波畸变(weighted total harmonic distortion,WTHD)值,进一步得到WTHD最优的ISDPWM。为更方便的实现各ISDPWM开关序列,研究各ISDPWM对应的调制波与三角载波,并提出基于载波的ISDPWM。最后利用仿真和实验对载波ISDPWM的有效性进行验证,结果表明,其可在保证相电压无两电平跳变的前提下消除偶次谐波和3的倍数次谐波,且其计算简单、实现方便。

加权全能量最小的圆环形变

主要考虑如下加权全能量极值问题:h∈■^(inf)(A_(1),A_(2))α∫∫A_(1)(|h_(N)|^(2)+|h_(T)|^(2))1/(|h_(z)|^(2))dz+β∫∫A_(1)|h_(N)|^(2)+|h_(T)|^(2)/J(z,h)1/|z|^(2)dz,其中■(A_(1),A_(2))代表从圆环A_(1)到圆环A_(2)的所有保向同胚映射的集合.研究得到唯一的极值映射为径向拉伸映射.这将[Iwaniec T,Onninen J.Hyperelastic deformations of smallest total energy[J].Arch Rational Mech Anal,2009,194:927-986.]的结果推广至非欧情形.同时,也分别研究了圆环上的加权调和能量的极值问题与加权偏差的极值问题.

一种新型动态电压恢复器拓扑

针对传统动态电压恢复器(dynamic voltage restorer,DVR)拓扑结构直流侧电压等级高,逆变单元输出电压波形畸变率大及其损耗亦较高的问题,依据开放式绕组原理提出新型DVR拓扑结构。研究了新型DVR拓扑实现低谐波畸变率和低直流侧电压幅值的方法;建立了新型DVR等效电路模型,并给出新型DVR拓扑的控制策略。同时分析对比了新型DVR与传统DVR拓扑的功耗,结果表明新型DVR功耗较低。最后,在MATLAB/SIMULINK平台搭建仿真模型,仿真结果证明所提出的DVR拓扑结构性能优越,补偿精度高。