直驱风电系统三电平变流器的设计与仿真

多电平逆变器适合大容量、高压的场合,得到了越来越多的应用。本文对三电平逆变器SVPWM调制手段进行了深入研究,同时对三电平逆变器中点电位平衡的问题也进行了探讨。由于中点电位的不平衡是钳位式三电平逆变器运行过程中比较严重的问题,对此本文分析了大、中、小矢量对中点电位的影响,找到哪些矢量能够影响中点电位的波动,并得出通过对成对小矢量的作用时间分配能够控制中点电位的结论。最后通过对系统的仿真,验证了算法的可靠性。     

中点电位平衡的三电平逆变器SVPWM简化算法及其实现

对中点钳位式三电平逆变器空间矢量调制算法和中点电位平衡控制方法进行研究,所介绍的三电平参考电压分解的空间矢量调制简化算法可避免传统开关时间的繁琐计算。中点电位的不平衡是中点钳位式三电平逆变器的一个固有问题,从矢量调制的角度分析了中点电位波动的本质和规律,并提出了一种基于简化调制算法的中点电位平衡控制方法,该方法通过调整平衡控制因子可较精确地控制中点电位的平衡。仿真分析和实验结果验证了简化算法的可行性和平衡控制的有效性。     

基于模糊逻辑的平衡三电平NPC逆变器中点电位的SVPWM调制方法

考虑到三电平NPC逆变器在中高压大容量工况下的运用,阐述了七段对称式SVPWM调制方法。在SVPWM调制下三电平NPC逆变器中点电位将产生波动,详细分析了中点电位波动产生的机理,以及在一个开关周期内,通过控制冗余小矢量对中点电位波动的调整能力,同时分析了不平衡负载对中点电位波动的影响。为了解决中点电位波动的问题,提出了一种基于模糊逻辑的平衡三电平NPC逆变器中点电位的SVPWM调制方法。最后通过仿真验证了该方法的有效性。     

一种三电平逆变器直流侧电容电压平衡新方法

二极管箝位型三电平逆变器直流侧存在中点电位不平衡的问题,需增加反馈控制环节控制中点电位的平衡,即通过传感器检测逆变器直流侧电容电压及中点电流变化情况来控制中点电位的平衡。提出了一种新的中点电位平衡控制方法,无需增加反馈控制环节,直接利用三电平的统一快速算法和随机函数,使其在不同开关周期内对不同小矢量设置不同的时间分配特性,来增加相应的正或负小矢量对中点电流的控制能力,实现对二极管箝位型三电平逆变器直流侧电容电压平衡的控制。实验验证了该方法的正确性和有效性。     

基于电荷平衡的三电平中点电位寻优控制

针对中点箝位(NPC)三电平逆变器存在的中点电位不平衡问题,通过分析研究不同开关状态对中点电位的影响,提出了一种基于电荷平衡的NPC三电平逆变器中点电位寻优控制方法,通过寻优计算出最优的开关序列及复用矢量作用时间参数,使得在一个采样周期内流入中点的电荷量与直流母线电容偏差的电荷量相等,达到控制中点电位平衡的目的。通过实验结果验证了控制方法的可行性和中点平衡的有效性。     

不对称Z源逆变器的中点电位控制方法

针对不对称三电平4桥臂Z源逆变器拓扑结构,通过分析直流侧中点电位偏移问题,特别是不对称三电平拓扑结构的逆变器在进行空间矢量调制时因开关矢量缺失,无法通过冗余矢量进行中点电位控制的问题,根据Z源特有的上、下直通状态对中点电位的影响,并结合比例积分控制,提出了一种中点电位平衡控制策略,通过控制Z源上、下直通时间,在实现直流升压的同时有效抑制了中点电位的偏移。仿真验证了该方法的可行性和有效性。     

三电平逆变器的分析与控制

三电平逆变器在中压大功率场合应用很广泛。由于中点电位波动等问题使三电平逆变器的控制较复杂。文章分析了空间矢量对中点电位波动的影响，仿真结果说明采用空间电压矢量控制方法时，通过选择多余的小矢量来控制中点电位波动是一个有效的方法。     

T型三电平逆变器中点电位平衡电路及控制

直流母线电压中点电位不平衡是T型三电平逆变器的拓扑结构造成的固有问题。这里从T型三电平逆变器的拓扑结构出发,分析了空间矢量脉宽调制(SVPWM)中大、中和小矢量对中点电位不平衡的影响,针对中点电位不平衡,在电源侧并联一个半桥模块且中点与母线中点串联电感的平衡电路,然后对平衡电路被控对象进行建模与分析,推导出中点电压平衡控制框图,通过对上、下电容进行充放电控制,控制中点电位达到平衡,最后,搭建了T型三电平逆变器实验平台,进行了仿真和实验验证,实验结果验证了所提平衡电路和控制的有效性和可行性。     

基于无差拍控制的T型三电平逆变器中点电位平衡策略

针对T型三电平逆变器中点电位不平衡问题,提出一种基于无差拍控制的T型三电平逆变器中点电位平衡方法。首先建立中点电位变化量、相电流和开关矢量占空比的数学关系,在此基础上引入描述小矢量调节中点电位能力的评价指标,当两个小矢量同时存在时,通过比较两个小矢量的调节能力选择不同的开关调制方式。根据给出的数学关系和空间矢量调制方式,提出中点电位平衡无差拍控制模型,对调节能力较强的小矢量占空比进行调整,可以快速实现中点电位平衡控制。仿真和实验结果表明该方法具有良好的中点电位平衡控制性能,有效抑制了中点电位波动,同时减小了输出电压电流谐波。     

基于区间选择的三电平中点电压平衡研究

中点电压不平衡是三电平逆变器的固有问题。分析了不同电压矢量对中点电压的影响,研究了不同区间内,在调制波上叠加直流偏移量与中点电压间的关系,提出基于区间选择型的SVPWM三电平中点电压平衡控制策略。该方法仅需采样直流中点电压,通过选取合适的调整区间,在该区间内加入直流偏移量到调制波上,维持合成矢量作用顺序不变,改变合成矢量作用时间,通过重新分配大矢量、小矢量或零矢量作用时间,从而解决三电平逆变器中点电压不平衡的问题。实验结果验证了基于区间选择型的SVPWM三电平中点电压平衡控制策略的有效性。     

一种具有中点电位平衡可降低损耗的三电平空间矢量调制方法

对中点钳位式(NPC)三电平逆变器降低开关损耗的方法进行研究。提出一种新的不连续空间矢量脉宽调制(SVPWM)方法,在单位功率因数下实现大电流不开关原则,较大程度的降低开关损耗。另外由于中点电位平衡是三电平NPC的固有问题,基于不连续SVPWM,提出一种滞环控制策略,通过切换矢量序列方式控制中点电位平衡。仿真和实验结果证明了本文提出的新型调制方法的可行性和有效性。     

基于模糊控制的三电平逆变器中点电位平衡策略

中点电位平衡是设计三电平逆变器变频调速系统要考虑的问题,中点电位的不平衡增加了功率器件的电压应力,同时使逆变器输出谐波含量增大.首先由三电平逆变器的电路拓扑出发,建立三电平逆变器中点电位的数学模型,然后对中点电位失衡的原因进行了分析,在此基础上研究了一种基于模糊控制的中点电位平衡策略,通过检测直流侧电容电压的大小,把两电容电压的偏差与偏差的变化率作为模糊控制器的输入,根据中点电位不平衡程度,通过模糊规则实时调整输出正负小矢量的作用时间,从而达到中点电位的动态平衡.仿真和实验结果验证了所提控制方法的可行性.     

NPC型三电平逆变器中点电位平衡算法的研究

简要分析了NPC型三电平逆变器的工作原理、中点电位不平衡带来的危害及中点电位波动的原因。然后,基于上述原理的分析,从三电平SVPWM软件控制算法入手,利用正负小矢量对中点电位相反的影响,介绍了一种通过控制正负小矢量作用时间的中点电位平衡算法。并采用Matlab/Simulink仿真软件对该中点电位平衡方法进行了仿真,通过仿真验证了其正确性。最后在实验室搭建了三电平逆变器电路,进行了实验研究,取得了较好的抑制中点电位偏移的效果。     

二极管钳位型三电平逆变器共模电压抑制

二极管钳位型(NPC)三电平逆变器是一种应用广泛的多电平逆变器结构。中点电位不平衡是NPC三电平逆变器固有的缺点。传统虚拟空间矢量调制(NTV2)能在输出电压全范围内控制中点电位平衡,但其产生的共模电压较大。针对上述缺点,提出了一种新型NTV2方法,选用产生共模电压较小的基本电压矢量合成新的虚拟小矢量和虚拟中矢量。同时,提出相占空比法,降低了新型NTV2方法的开关频率,使其开关频率固定。仿真和实验结果验证了新型NTV2方法能够有效地抑制共模电压,且在输出电压全范围内控制中点电位平衡。     

三电平中点箝位型逆变器中点电压平衡和控制方法研究

建立了三电平中点箝位型逆变器中点电压的数学模型;分析了在不同的负载条件下,传统的最近三矢量合成方法中点电压存在不能平衡的区域;利用合成空间矢量的调制方法,实现了对中点电压的有效控制。为了在扇区切换时输出矢量平稳过渡,提出了在每个大区内全部采用相同首发小矢量的方法。用MATLAB/Simulink仿真研究了中点电压平衡控制的效果,并用MOSFET搭建了三电平逆变器实验电路模型,对中点电压平衡控制效果进行了验证。实验结果证明了基于合成空间矢量的三电平NPC逆变器中点电压平衡控制方法的有效性。     

三电平中点钳位电压型逆变器带不平衡负载时的复合控制策略

为了改善不平衡负载条件下三电平中点钳位型(NPC)电压型逆变器的输出电压波形,采用了延迟信号撤销法(DSC)分离出正序和负序电压分量分别进行控制。但此方法在修正了电压波形的同时,会进一步增加输出电流的不对称性,导致在空间矢量脉宽调制算法(SVPWM)下三电平NPC电压型逆变器中点电位的波动加剧。针对这个问题,计算了负序电流分量对中点电位波动的影响。结果显示随着负序不平衡度增加,中点电位等效控制能力有可能增大或者减小,主要取决于输出功率因素。而当调制比>0.5时,由于功率因数和负序不平衡因数不匹配,在该开关周期内无法对中点电位进行补偿。同时也找出了1个开关周期内控制冗余小矢量的作用时间对中点电位调整能力的边界,从而建立了中点电位控制的空间矢量调制算法。另外,提出了基于DSC算法对电压正负序分量进行分离,分别在正向负向旋转坐标系下进行电压控制,并结合中点电位控制的复合控制方案。仿真计算表明该控制方案下,负序电压分量在负方向旋转的坐标系下得到控制,同时负序电流作用使得中点电位的波动加剧,但是在空间矢量中点电位调制下,中点电压波动得到抑制。仿真结果验证了该复合控制策略下三电平中点钳位型电压型逆变器具有较好的带不平衡负载的能力。     

NPC三电平逆变器最优化虚拟电压矢量控制

三电平逆变器的中点电位不平衡不仅使开关管的电压应力增加,还会导致输出电流的谐波畸变率增高。因此,三电平逆变器的中点电位平衡控制一直是国内外学者的研究热点。以中点钳位型(NPC)三电平逆变器作为研究对象,提出了一种最优化虚拟电压矢量中点电位平衡控制方法。该方法首先以三电平逆变器固有的有限个离散电压矢量为基础,构造出连续的虚拟电压矢量。然后以参考电压和中点电位平衡为控制目标定义代价函数,此代价函数可以灵活方便地控制逆变器的综合性能。由最优化方法求解出使代价函数值最小的虚拟电压矢量,即为控制参考电压和中点电位平衡的全局最优解,此方法不仅可以保证输出电压有较好的跟踪效果,还具有较强的中点电位平衡能力和抗干扰能力。仿真和实验都对此进行了有效的证明。     

三电平逆变器中点电位波动的分析与控制

三电平逆变器的直流侧电压平衡问题直接影响着逆变器及其电机调速系统的可靠性。为此,分析了空间矢量对三电平逆变器中点电位波动的影响,并提出了一种抑制中点电位波动的实时控制方法。仿真结果验证了所提出的控制方法是有效的。     

并联T型三电平逆变器环流抑制和中点平衡研究

T型三电平逆变器的并联能够增加系统容量和可靠性,但是存在的环流会导致输出电流畸变甚至造成系统崩溃。而且并联T型三电平逆变器因中点电位和零序电流相互耦合,其环流情况更为严重,抑制难度剧增。为此该文提出一种新型空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)策略实现并联T型三电平逆变器环流抑制和中点平衡控制。该文在分析T型三电平逆变器并联模型的基础上,通过检测逆变器零序电流状态,实时选择合适的P-Type和N-type小矢量抑制零序环流;并针对T型三电平逆变器存在直流侧电容中点电位不平衡的固有问题,通过增加或者减少小矢量作用时间实现中点电位平衡控制。此外,上述方法能够同时减少开关频率和降低开关损耗。实验验证了新型SVPWM策略能够在不同电流情况下实现很好的环流抑制和中点电位控制。     

二极管箝位型三相三电平PWM整流器研究

分析了三电平变换器中点电位不平衡的原因;讨论了空间矢量控制方法中不同矢量对中点电位的影响;研究并提出了无电流传感器的中点电位平衡滞环控制方法,该方法无需额外的硬件检测环节就能实现电容均压。样机实验证明,三相三电平电压型PWM整流器实现了高功率因数,其结果验证了该平衡控制方法的可行性和有效性。