级联型逆变器载波循环功率均衡控制方法及比较

在级联H桥型逆变器中,载波同相层叠(PD)调制策略虽然输出线电压具有最优的谐波特性,但无法实现级联单元间输出功率均衡。针对这个问题,提出两种基于PD调制策略的载波循环功率均衡控制方法,所提方法在改进型PD调制策略的基础上,通过对载波进行周期性的循环移动,可以有效实现级联单元间的功率均衡控制,且保留了PD调制策略下逆变器输出电压谐波特性最优的特点。以三单元级联H桥逆变器为例,首先对改进型PD调制策略下级联单元输出功率特性进行数学推导;其次分析两种所提功率均衡控制方法实现机理并对其特性进行比较,揭示两种功率均衡控制方法的优缺点以及适用场合。最后通过仿真和实验结果验证了理论分析的正确性与所提方法的可行性。     

级联型多电平逆变器输出电压循环分配的功率均衡控制及优化

在载波层叠脉宽调制(level-shifted pulse width modulation,LS-PWM)策略下,级联H桥型(cascaded H-bridge,CHB)逆变器期望输出电压由多种基本电压波形叠加而成,且在不同的基本电压波形作用下,级联单元的输出功率存在一定的差异。因此要实现级联单元间功率均衡,必须控制级联单元输出电压在一定时间内包含所有使级联单元输出功率不等的基本电压波形。为了实现这一目标,该文结合逆变器输出电平合成方式冗余特性及LS-PWM策略控制自由度思想,提出基于1/4输出周期载波循环的功率均衡控制方法及其优化方案。所提功率均衡控制方法可在不改变逆变器输出电压谐波特性的前提下,在最短的时间内实现级联单元间功率均衡。以三单元CHB型逆变器为例进行理论分析,并通过仿真和实验结果验证理论分析的正确性。     

级联型逆变器载波周期脉冲调整的功率均衡方法及特性分析

对于级联H桥型逆变器,传统载波同相层叠调制策略和载波移相调制策略均无法使逆变器既具有最优线电压谐波特性,又能够实现级联单元间的功率均衡。为此,提出一种载波周期脉冲调整的功率均衡方法,此方法基于载波控制自由度,以载波周期为单位对传统载波排列进行调整;阐明了三单元载波分布的特征规律,仅需满足在第二层各级联单元载波均匀分布,即可以较少的载波数量在单位输出周期内实现级联单元间的功率均衡,且逆变器具有与传统载波同相层叠调制策略相同的线电压谐波特性。与此同时,详细推导了任意调制比和功率因数角下的级联单元输出特性,表明所提功率均衡方法的功率均衡效果不受调制比与功率因数角影响。仿真与实验结果验证了理论分析的正确性和功率均衡控制方法的可行性。     

基于控制自由度组合的级联H桥逆变器PD功率均衡控制方法

对于级联H桥型逆变器,载波同相层叠(phase disposition,PD)调制策略相比于载波移相(carrier phase shift,CPS)调制策略,具有更优的输出线电压谐波特性,但其无法实现级联单元间功率均衡。为了解决功率均衡问题,该文提出一种新颖的PD功率均衡控制方法,首先基于调制波控制自由度对传统的PD调制技术进行改进,减少了所需三角载波数量,实现了级联单元输出功率的大致均衡;进而结合载波控制自由度组合的思想,通过调整载波在垂直方向上的排列方式,在不改变逆变器输出电压的前提下,实现了对各级联单元输出电压的二次调整,最终在一个输出周期内达到了级联单元间的功率均衡。文中以3个H桥单元级联为例,给出功率均衡的定义和传统PD调制方法下功率不均衡的机理,分析所提控制方法的原理,通过仿真和实验结果验证理论分析的正确性和功率均衡控制方法的可行性。     

基于载波重构的级联逆变器功率均衡调制策略

针对已有调制策略应用于级联H桥型(CHB)逆变器中时存在的不足,结合载波移相(CPS)和载波同相层叠(PD)调制策略的优点,提出一种基于载波重构的新型功率均衡调制策略。所提调制策略通过对改进的CPS调制策略中三角载波进行重构,得到一种仍然保留载波移相特征的新型载波排列方式,且采用新型载波排列方式进行调制,逆变器输出电压谐波特性与PD调制策略下的完全一致。因此,在所提的新型功率均衡调制策略下,可以实现级联单元输出功率自均衡,同时可以有效改善逆变器输出线电压谐波特性。本文以三单元级联H桥型逆变器为例研究载波重构方法,分析新型功率均衡调制策略原理及功率均衡所需时间,并通过仿真和实验验证了理论分析的正确性和调制策略的可行性。     

混合级联九电平逆变器功率均衡调制策略研究

三单元混合级联多电平逆变器可以使用较少的开关器件实现高质量电压输出,但其在传统的混合频率调制策略下存在低压单元开关损耗及级联单元间输出功率不均衡等问题。基于此,首先,提出一种改进型混合调制策略,并推导改进型混合调制策略下级联单元输出电压基波表达式,进而得出各级联单元平均输出功率表达式;然后,对改进型混合调制策略进行功率均衡优化,在保留改进型混合调制策略输出电压谐波性能良好的前提下,通过改造PD调制策略的三角载波,有效均衡低压单元开关损耗,通过控制高压单元输出脉冲宽度实现全幅值调制度下级联单元间输出功率自均衡控制;最后,通过仿真和实验验证所提功率均衡调制策略理论分析的正确性和可行性。     

采用输出周期脉冲循环的级联H桥型逆变器功率均衡方法

针对级联H桥型逆变器,为兼顾级联单元间功率均衡和逆变器输出线电压谐波特性的控制,该文基于载波控制自由度,对各级联单元的输出进行重分配,提出基于1/4和1/2输出周期脉冲循环的功率均衡方案,所提方案能够在任意调制比和功率因数角下,控制级联单元在3/2个输出周期内实现功率均衡;为简化实现过程,对所提方案进行两次优化,使得载波数量和载波调整次数均大幅减少;同时,该文比较分析了原始功率均衡方案和优化功率均衡方案的异同点,结果表明基于1/2输出周期脉冲循环的二次优化方案获得了最佳的优化效果。最后,实验结果验证了理论分析的正确性和功率均衡方案的可行性。     

基于功率开关-二极管基本单元多电平逆变器及其功率均衡调制策略研究

针对级联H桥型多电平逆变器开关器件随逆变器输出电平数增加显著增多的问题,提出一种以功率开关器件-二极管为基本单元的新型多电平逆变器。该逆变器仅使用较少开关器件即可实现高质量电平输出,且该拓扑开关损耗低、效率高,不仅易于扩展还能有效避免级联单元间电流倒灌等问题。针对传统正负反向层叠载波调制策略调制下逆变器存在级联单元间输出功率不均衡的问题,在传统调制策略基础上推导分析区域功率,提出了一种基于部分载波循环的功率均衡调制策略,并验证了载波循环规律的普适性,所提调制策略能在保持输出电压波形质量不变的情况下,载波仅变换2(n-1)次即可在nT_o/2内实现级联单元输出功率均衡以及开关损耗平均分配,并提高电源利用率。最后搭建两单元七电平逆变器实验平台对所提调制策略进行了实验验证。     

级联H桥逆变器的新型PD优化调制策略

针对传统载波同相层叠(PD)调制策略应用于级联H桥逆变器时存在的功率不均衡问题,提出一种新型PD优化调制策略。在此首先基于载波自由度控制原理,对三角载波进行拆分与重构,实现PD调制策略的一次优化;然后基于调制波自由度减少载波数量,实现调制策略的二次优化。在新型PD优化调制策略下,各级联单元输出功率在一个新载波周期内达到均衡,输出电压谐波特性与采用传统PD调制策略时完全一致,调制复杂度得到简化。最后以三单元级联H桥逆变器为例,通过仿真和实验验证理论分析的正确性与调制策略可行性。     

混合级联十三电平逆变器的调制优化及功率均衡方法

多单元混合级联多电平逆变器能够使用较少的开关器件实现较多的电平数输出，因此获得了广泛的应用，但其低压单元在传统的载波移幅调制下存在级联单元间功率不均衡的问题。针对上述问题，对直流电压比为1:1:1:3的混合级联十三电平逆变器提出了一类阶梯波和载波移幅调制共同协作的混合调制策略，在该调制策略下高压单元工作在低频状态，低压单元工作在高频状态。对低压单元的调制波进行优化以减少三角载波的数量，同时通过重构载波移幅调制策略的三角载波，有效地实现了低压单元间的功率自均衡。最后通过仿真和实验证明了所提调制优化和功率均衡方案的可行性。     

电容钳位H桥级联多电平逆变器功率均衡控制方法

针对电容钳位H桥级联多电平逆变器载波层叠SPWM调制方法中存在功率不均衡的问题,对该逆变器各个级联单元的有功功率输出进行理论分析,提出了一种改进载波层叠方式的功率均衡控制方法。该方法在不影响逆变器输出电压波形质量的前提下,通过保证该逆变器各个单元输出电压波形的基波幅值相等的方式,可以在一个输出周期内实现各个级联单元的输出功率均衡。以两单元电容钳位H桥级联多电平逆变器为例,进行了仿真分析和对比研究,详细给出了改进功率均衡控制法与传统控制方法下输出电压谐波失真(total harmonic distortion,THD)和输出功率的对比曲线,以及两种方法下逆变器输出的电压波形及其频谱图,结果验证了该控制方法的可行性与优越性。     

CHB逆变器功率均衡控制策略研究

针对级联H桥(CHB)逆变器载波脉宽调制(PWM)存在的功率均衡问题,提出了上下载波1/4输出周期互换的功率均衡控制策略。该策略在不影响输出电压波形质量的基础上,通过调整CHB逆变器各个级联单元输出电压波形,使得各单元输出基波幅值相等,从而实现各单元在一个输出周期内的功率均衡。以三单元七电平CHB逆变器为例,对载波调制法的功率均衡控制策略进行了理论分析和仿真实验验证,结果验证了该均衡策略的可行性和正确性。     

级联型多电平逆变器的功率均衡控制策略

该文针对级联型多电平逆变器的几种调制方法，包括阶梯波调制法、特定谐波消除脉宽调制法和载波空间排列SPWM法，提出了一种新的功率均衡控制策略。该策略利用级联型多电平逆变器相电压冗余的特点，通过以1/4输出周期为单位互换各个H桥单元的输出电压波形，实现了各个H桥单元在一个输出周期内的功率均衡。与现有的功率均衡策略相比，新的策略可以在一个输出周期内达到功率均衡，并具有控制简单，H桥单元功率波动小的优点，同时满足对效率和波形的要求。该文以三单元七电平级联型逆变器为例，对上述功率均衡控制策略进行了理论分析和仿真验证。     

级联型多电平逆变器线电压谐波优化的SVPWM策略

级联型多电平逆变器采用载波移相控制可以自然实现各H桥单元功率均衡,开关管开关次数保持一致,而采用同相层叠控制可得到谐波含量更小的线电压,但各H桥单元功率不均衡,开关次数也不一致。本文提出一种结合同相层叠控制和载波移相控制二者优点且实现简单的空间矢量调制策略。通过对电压矢量进行重新组合划分,可以将多电平空间矢量控制算法简化为多个两电平空间矢量的移相叠加。对载波进行重构,可以实现输出线电压谐波更小,同时各H桥单元功率自然实现均衡,开关管开关次数达到一致。搭建了一台三相4.5kW的级联型五电平逆变器,对所提出的SVPWM策略进行了实验验证,实验结果表明所提出的空间矢量调制策略的有效性。     

级联五开关H桥多电平逆变器功率均衡控制方法

为了提高逆变器的电压和功率等级,提出了一种级联五开关H桥多电平逆变器拓扑结构的功率均衡控制方法。该方法采用了同相交错层叠锯齿载波移相调制,综合了同相层叠锯齿载波调制良好的消谐特性以及载波移相调制各个单元功率分配均衡的优点,使级联五开关H桥多电平逆变器拓扑结构中各个功率单元不仅可以输出五电平,保持良好的消谐特性,而且可以在一个输出周期内实现功率均衡。以3个功率单元为例,进行了仿真实验。实验结果验证了该拓扑结构及其控制方法的可行性与优越性。     

基于载波重组的级联逆变器功率均衡策略

PD调制策略作为多载波调制策略中应用最广泛的一种,应用于级联H桥(CHB)逆变器时存在级联单元输出功率不均的问题。针对这一问题,通过分析载波周期输出、垂直互换与级联单元功率平衡角,提出了基于载波重组的级联逆变器功率均衡策略。以四单元CHB逆变器为例,可在任意功率因数下减弱半输出周期功率不均衡程度,并在两个输出周期达到功率均衡。此外对功率均衡方案进行了优化,减少了一半的载波数量并降低了调制难度。最后通过仿真与实验对理论分析及功率均衡方案的可行性进行验证。     

CHB逆变器移幅载波调制法及其功率均衡控制策略

针对级联H桥(CHB)多电平逆变器移幅载波调制法存在的功率均衡问题,提出了上、下载波1/4输出周期互换和上、下载波相邻间隔互换两种不同的功率均衡控制策略。通过改变三角载波的排列方式,使得不同H桥单元的功率器件开关频率和导通时间接近。调整逆变器各H桥单元的输出电压波形,在保证输出电压波形质量的同时能够实现各H桥单元在一个输出周期内的功率均衡。文中对提出的两种不同的调制策略进行了详细地分析和对比研究。仿真结果验证了这两种均衡策略的可行性。     

基于载波自由度的改进载波移相PWM技术

载波移相(CPS-PWM)应用于级联H桥型(CHB)多电平逆变器时,虽然各级联单元具有功率均衡的特点,但输出电压的直流电压利用率较低,且低调制度时谐波性能比较差。针对这2个问题,提出一种改进的CPS-PWM调制技术,该调制技术基于载波形状自由度,利用改进的载波代替原CPS-PWM中的三角形载波进行调制,通过状态空间平均法计算出在改进后的载波下逆变器输出电压的基波幅值和各个级联单元的输出电压,并和逆变器在CPS-PWM技术下的输出电压对比分析,改进的CPS-PWM技术可以显著地提高输出电压的直流电压利用率,改善低调制度的谐波性能,且和CPS-PWM技术一样,各级联单元输出功率能够实现自然均衡。该调制技术以CHB型五电平逆变器为例,通过实验、仿真验证了该技术的正确性。     

基于控制载波自由度的级联H桥逆变器改进型PWM技术

随着级联H桥(CHB)多电平逆变器输出电压与功率等级的增加,提高载波移相脉宽调制(CPS-PWM)策略下直流侧电压利用率以及改善低调制度时谐波性能比较差的问题具有重要的意义.通过对正弦波脉宽调制(SPWM)以及梯形波脉宽调制(TPWM)原理及输出电压特性的分析,该文提出一种基于控制载波自由度的改进型CPS-PWM策略,该策略基于移相载波自由度,通过周期性的循环改变三角载波的排列方式,利用改进的多载波代替原CPS-SPWM中的三角形载波进行调制,从而可以显著地提高输出电压的直流电压利用率;又能在实现各级联单元功率均衡的条件下,降低输出电压总畸变率,有效地改善低调制度时的谐波性能,且各单元开关频率和损耗相同,同时各开关管工作应力也相同,因此提高了系统的可靠性.该文给出改进型CPS-PWM策略输出电压基波幅值和功率均衡分析,同时列举三种策略并进行比较,并对该文所提策略进行仿真与实验的验证.     

H桥多电平逆变器的混合载波交叠式PWM控制

为了增大逆变器的功率等级,改善输出电压的波形质量,提出了一种级联H桥多电平逆变器拓扑和与其相对应的PWM载波调制控制策略。该方法是根据传统混合频率载波调制策略,采用了同相的交叠式三角载波调制,结合了同相层叠式载波调制较好的消谐特点以及使高低压单元功率自然平衡的特点,使级联H桥多电平逆变器拓扑结构不仅可以输出多电平,还能解决混合调制下的功率环流现象,而且逆变器模块化比较简单,可以使逆变器在输出周期内功率达到自然平衡。以2个高低压单元为例,进行了仿真实验。实验结果验证了该逆变器结构和控制策略的可行性。