中点箝位型三电平逆变器空间矢量与虚拟空间矢量的混合调制方法

中点电压偏移是中点箝位型(neutral point clamped,NPC)多电平逆变器的主要缺点。空间矢量脉宽调制(space vector pulse-width modulation,SVPWM)由于算法本身的缺陷,在调制度较高且功率因数较低时,电容电压出现低频波动。虚拟空间矢量调制(virtual SVPWM, VSVPWM)方法能够在全范围内处理中点电压偏移问题,但存在开关次数较多,谐波特性较差的缺点。该文建立含电容电压的NPC三电平逆变器的PWM模型,讨论SVPWM和VSVPWM的约束条件。在特定的区域采用SVPWM,其他区域采用VSVPWM,给出了这2种调制策略的切换条件。实验结果表明,混合调制方法(hybrid PWM,HPWM)较之以前的解决方案能够更好的平衡电容电压,并且也能够有效的降低开关次数和提高逆变器输出的谐波特性。     

二极管箝位型四电平逆变器的中点电压平衡控制方法

二极管箝位型四电平逆变器具有开关器件少、输出电压高、结构紧凑、功率密度高的优点,在中压变频调速领域有很好的应用潜力。针对其母线中点电压平衡问题,提出一种新型载波交叠PWM调制策略,满足伏秒平衡原则。在此基础上进一步提出了一种可平衡母线中点电压的解耦控制方法,将3个母线电容的电压平衡控制分为2个解耦的控制目标:1)上、下母线电容电压的平衡控制;2)中间母线电容电压平衡控制。首先通过零序电压注入的方式实现上、下母线电容电压的平衡控制,其次通过微调PWM脉冲占空比的方式实现母线中间电容的电压平衡控制。研制了一台二极管箝位型四电平逆变器的小功率实验样机并实验证明了该调制策略以及电压平衡控制方法的正确性和有效性。     

双电压合成调制和空间矢量调制的一致性

在深入分析矩阵变换器双电压合成调制和空间矢量调制策略基本原理的基础上,从数学的角度证明了2种调制策略占空比的计算表达式是一致的,说明2种调制策略宏观上是统一的。从开关序列安排、原点开关的基本概念以及功率因数控制等方面揭示了2种调制策略的一致性。受空间矢量调制中利用相反的有效矢量抑制共模电压的方法的启发,提出一种减少共模电压的双电压合成方法,仿真结果验证了该方法的正确性和可行性,进一步证实了空间矢量调制和双电压合成调制的内在一致性。     

基于三电平SVPWM调制的Vienna整流器中点电压均衡控制

Vienna整流器的中点电压振荡问题会造成直流侧电容电压分布不均,导致交流侧输入电流波形畸变,开关器件承受电压不一致而损坏等问题。针对Vienna整流器中点电压不平衡的问题,研究了三电平空间矢量调制对Vienna整流器中点电压产生的影响。首先介绍了Vienna整流器的工作原理,然后分析了空间矢量对中点电压的影响,并基于SVPWM调制提出了一种中点电压波动的抑制策略。最后,搭建了15 kW实验样机,验证了所提控制策略的有效性,解决了中点电压不平衡的问题,明显改善了输入电流波形质量。     

模块化多电平换流器的子模块电容电压分层均压控制法

为了提高高电平模块化多电平换流器(MMC)均压控制的排序速率和降低换流器的开关损耗,提出了一种适用于高电平MMC的子模块电容电压分层均压控制法。首先,根据桥臂电容电压最值确定电压分层容器,并根据排序的计算复杂度和均压控制效果对分层数进行讨论;然后,根据电容电压大小将子模块放入对应的分层容器,根据桥臂需投子模块个数和桥臂电流方向进行优化排序,确定各子模块的投切;最后,引入容器重新划分判据以减少计算量,即如果任一一个投入子模块的电容电压变化值小于容器的电压间隔,则不重新分层。PSCAD/EMTDC中21电平MMC系统的仿真结果表明,提出的均压控制法能够提高均压控制排序的速率和减少不必要的容器内排序,同时降低绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的开关损耗。     

三相四线制三电平变流器的优化调制策略

传统三相四线制三电平电容中分式变流器三维空间矢量脉宽调制(3D-SVPWM)策略较为复杂且中点电位平衡算法对中点电位偏移的抑制不精确,尤其是在负载不平衡的情况下,中线电流全部流过直流侧中点造成中点电位偏移。针对以上问题,提出一种基于三相abc坐标系的简化3D-SVPWM方法,并基于该简化方法提出一种多相控制的中点电位平衡算法,根据中点电位偏移情况,将电位偏移量平均分配到具有中点电位平衡能力的相,使多相共同参与中点电位平衡控制,通过偏移量数学模型计算得到补偿该偏移量所需要的时间量,然后作用于三电平变流器的输出状态,从而达到平衡中点电位的目的。仿真分析和实验结果均表明优化调制策略具有良好的三相四线制三电平变流器中点电位平衡能力。     

三电平稀疏双级矩阵变换器的中点电压分段控制

针对输出级为稀疏三电平结构的双级矩阵变换器这一新型拓扑的中点电压偏移问题,提出了通过调节冗余小矢量的相对作用时间、分段平衡中点电压的控制方法.该方法结合了对称七段式及九段式空间矢量调制技术的优点使得中点电压在任意时刻均无不平衡区域,从而使中点电压偏移问题得到了明显的改善.仿真结果验证了所提出方法的正确性和有效性.     

基于空间矢量调制的非隔离型V2G系统共模电流抑制

从系统高频共模等效模型入手,分析确定产生共模电流的激励源;改进传统抑制共模电压空间矢量调制(SVM)算法,优化三相三电平车网互动(V2G)开关状态转换次序,形成五段式去冗余SVM算法,有效抑制共模电压,但三相三电平V2G中点电位不平衡会对共模电压产生影响,限制了共模电流抑制效果。提出了从控制算法和拓扑改进2条途径分别实现中点电位平衡的控制方法。采用控制算法途径时,引入虚拟空间矢量调制(NTV2),剔除输出共模电压幅值较大的冗余小矢量,保证了共模电流抑制效果;重新定义虚拟小矢量和虚拟中矢量,在新型虚拟矢量空间下,提出分区域的混合调制策略,使其开关频率固定,通过控制开关周期内的平均中线电流为零实现中点电位平衡。采用拓扑改进途径时,调制方式仍采用上述五段式去冗余算法,以抑制共模电流;在直流母线处引入H桥平衡电路(或与之等效的单桥平衡电路),根据中点电位的偏移方向,选择平衡电路工作模式来调整直流母线电容所带电荷量,从而抑制中点电位的偏移,并可设置电压误差滞环,进一步增强了该方法的普适性和鲁棒性。仿真实验验证了理论分析和2套协同控制策略的正确性。     

三电平ANPC变换器SVPWM优化控制方法

有源中点钳位型拓扑是一种能够克服传统的二极管钳位型和电容钳位型拓扑缺点的新型多电平拓扑。在对三电平有源中点钳位型变换器工作状态进行分析的基础上,对各开关管通态损耗和开关损耗进行了研究;提出一种空间矢量的优化控制算法,该算法在维持了空间矢量调制方法的直流电压利用率高及有效控制中点电压平衡等优点的同时,有效控制了每相开关管的损耗分布平衡,防止了热量的过分堆积,并且降低了传统有源中点钳位变换器算法复杂度,减少对温度采样电路数量的要求;最后搭建了三电平有源中点钳位型变换器仿真和实验平台对控制策略的有效性进行了验证。     

一种提高矩阵变换器电压增益的空间矢量调制法

与传统的电压源型逆变器相比,矩阵变换器主要的缺点之一是在输入及输出电流为正弦时,输出输入电压传输比限制在0.866。为克服此缺点,在传统的矩阵变换器空间矢量调制方法的基础上,提出了一种提高电压增益的调制策略,进行了详细说明,概念清楚、控制简单,不需要复杂的数学计算。此调制策略没有使用零矢量,较传统方法换流数量减少,输出输入电压传输比提高到0.95以上,但输出电压及输入电流波形出现了一定程度的畸变。通过仿真证实了理论分析,也显示了此调制策略的优缺点。     

A Grouping Strategy Based on Prime Factorization for Capacitor Voltage Balancing of the Modular Multilevel Converter

The modular multilevel converter (MMC) is attractive for high-power applications because of the advantages of its high modularity and high power quality. This paper proposes a prime factorization-based grouping strategy for capacitor voltage balancing of MMC. With prime factors arranged from the largest to the smallest, the computation burden has been reduced significantly, which is proved mathematically. Then, a 401-level MMC adopting the proposed grouping strategy is implemented and evaluated in the PSCAD/EMTDC environment. Simulation results confirm the effectiveness of the proposed strategy for capacitor voltage balancing performance under both steady and dynamic states. And by comparing with conventional sorting algorithm, it can be concluded that the prime factorization pattern can significantly improve the simulation efficiency. Finally, the switching frequency of the proposed algorithm is discussed.     

适用于风力发电矩阵式变换器的改进双电压控制策略

矩阵式变换器是风力发电系统中的一种新型电力变换器。在研究矩阵式变换器的双电压控制策略的基础上,以方便、可靠地实现控制策略为目标,提出了双电压控制策略的改进方法。改进的双电压控制策略简化了开关组合,并推导出统一的占空比计算公式,从而减少了系统计算量,方便了编程实现,提高了程序的效率和实时性。在MATLAB/Simulink仿真研究的基础上,研制了矩阵式变换器样机进行实验研究,仿真及实验结果验证了改进后控制策略的可行性和优越性。     

双电压合成策略矩阵变换器开关模式的研究

矩阵变换器作为一种新型变频变压控制方案,其三相输出通过双向功率开关与任一输入相直接相连.通过一定的调制策略来控制这9个双向开关,从而得到期望频率和幅值的输出电压.调制策略的好坏直接影响矩阵变换器的输入输出特性,而开关模式的选取是调制策略的关键.在分析双电压合成策略的基础上,讨论了不同的开关模式对开关损耗、输入、输出特性以及双向开关换流可靠性的影响,并得出两边对称模式是一种优良的开关模式的结论.最后通过仿真和实验验证了结论的正确性.     

一种优化的模块化多电平换流器电压均衡控制方法

模块化多电平换流器(MMC)的各个子模块间的电压均衡问题,是MMC拓扑的难点之一.本文在采用最近电平调制方式的基础上,对按子模块电容电压排序后,根据桥臂电流方向直接选择相应子模块触发的传统电压均衡方法进行了改进,引入子模块间最大电压偏差量,有效避免了因排序算法导致的同一IGBT不必要的反复投切现象,从而在保证各子模块电...     

MMC型VSC-HVDC系统电容电压的优化平衡控制

介绍模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)电容电压平衡的原理以及子模块(sub-module,SM)电容的充放电过程.指出传统的电容电压平衡控制下,子模块投切较频繁,器件开关频率较高,会造成较大的开关损耗.针对传统方法的问题,提出一种适合MMC型直流输电系统的电容电压优化平衡控制策略,将平衡控制的重点放在电容电压越限的子模块上.对电容电压未越限的子模块,优化策略通过引入保持因子使具有一定的保持原来投切状态的能力,以降低开关器件的开关频率.使用PSCAD/EMTDC对优化控制策略进行仿真,结果表明优化平衡控制策略与传统方法相比,可以在基本不增加电容电压波动的前提下,显著降低器件的开关频率.     

悬浮电容钳位多电平矩阵变换器拓扑与控制

矩阵变换器已广泛应用于中低压系统中,但在高压领域,矩阵变换器的使用受到了开关器件电压等级的限制。将矩阵变换器与多电平拓扑相结合,有望成为解决这一难点的重要手段。文中论述了多电平矩阵变换器的结构特点,重点研究了采用悬浮电容钳位实现多电平矩阵变换器的可行性以及悬浮电容电压控制策略,提出了完整的输出电压与输入电流的状态空间矢量调制策略。最后,通过仿真与样机实验论证了控制算法的可行性、可靠性和有效性。     

一种减少矩阵变换器共模电压的空间矢量调制法

对基于空间矢量调制策略的矩阵变换器共模电压瞬时值进行了分析,得出了共模电压瞬时值形成的一般规律。提出了通过改变零矢量及位置,既减少矩阵变换器共模电压又使其开关次数最少的方法。此调制法使共模电压瞬时值比优化前空间矢量调制策略减少42.27%(最大值),比优化后的空间矢量调制策略减少33.34%(最大值),同时不影响输出电压及输入电流局部平均值。通过仿真验证了分析的正确性。     

(23期已送排）一种基于最近电平调制方式的MMC电压均衡改进方法

最近电平逼近是模块化多电平换流器的主要调制策略之一,在电平数较多的换流器中具有明显的优势。为保证均压效果,通常都需要实时采集各个子模块的电容电压进行排序,在实际工程中则需要大量的电压采集模块来实现。针对上述问题,提出了一种替换方法,即通过桥臂电流对各个子模块投入时间的积分量来进行排序,间接实现了电容电压排序的效果,这种方法可以有效的减少传感器的数量。同时,在提出的替换方法的基础上,引入子模块间允许的电压最大偏差,在系统输出特性允许范围的前提下,大大的降低了因排序而导致的IGBT开关频率。最后通过RT-LAB仿真平台搭建了21电平的的MMC仿真模型,对两种电压均衡方法下IGBT开关频率和子模块电容电压进行比较,仿真结果验证了所提方法的可行性及有效性。     

矩阵变换器双电压合成定理及其自动调节能力研究

矩阵变换器具有自身的一系列优点,是一种绿色变频器,是交-交变频研究的热点之一。控制策略是矩阵变换器研究的重要内容。双电压控制是最重要的控制策略之一,但双电压控制相对研究较少,已发表的研究成果具有一定的局限性。本文对已发表的成果作了进一步的研究,提出了相应定理和推论:得出了输出线电压、输入线电流的一般合成规律和统一表达式;分析了输入电压异常对输入线电流合成的影响;基于本文提出的定理,给出了该调制策略对输出线电压具有的自动调节能力的一般性证明。最后,应用MATLAB语言建立了基于该调制策略的仿真模型,仿真实验验证了所提出定理和推论的正确性。     

基于子模块电容电压允许值的MMC均压控制策略

针对模块化多电平变换器（modular multilevel converter,MMC）传统子模块（sub-module,SM）均压策略存在的开关频率高、开关损耗量多、计算量大等问题,提出基于子模块电容电压允许值的均压控制策略。通过引入电容电压允许值变量,使得SM电压始终在规定的范围内运行,降低了功率器件损耗。与此同时,由于不需要每个控制周期对全部SM进行排序,进一步减少了控制策略的计算量。通过仿真结果验证了所提策略的有效性,可以显著减少单位时间内功率器件的开关次数。