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。     

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。     

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。     

基于半周期输出脉冲循环的级联型逆变器输出均衡控制策略

级联H桥型逆变器因器件数量少、易于模块化、控制自由度高等优点,得到了普遍应用。但在传统多电平调制策略下,无法实现级联单元间功率均衡与逆变器输出线电压谐波特性最优的协调控制,输出功率不均衡或输出电压谐波特性较差时会直接影响逆变器输出电压波形质量。为此,该文以载波层叠调制技术为基础,提出一种基于1/2输出周期脉冲循环的功率均衡控制策略,揭示功率均衡条件下的载波分布普遍规律,并将其推广应用至n单元级联拓扑。所提策略在保证逆变器输出电压具有相对最优谐波特性的同时,能够实现单元间的功率均衡控制,消除了功率不均衡的不利影响。仿真和实验结果验证了所提控制策略的有效性。     

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。     

级联型NPC-HB多电平逆变器功率均衡控制策略研究

针对级联型中点钳位全桥(neutral point clamped H-bridge,NPC-HB)多电平逆变器模块间存在功率不均衡的问题,通过详细分析传统基于载波层叠调制策略下模块输出功率与输出电压基波有效值之间的定量关系,提出一种改进型混合调制策略。该策略将载波层叠和移相相结合,不仅能够保证各个模块输出功率的均衡,而且可提高输出电压的等效开关频率,进而有效地降低输出滤波器的体积和成本。文中对模块间功率分布情况以及模块内部各个器件损耗分布情况进行分析,并搭建含两个级联NPC-HB九电平模块的实验样机。实验结果表明该调制策略能够有效解决级联系统中各功率模块之间的功率均衡问题。     

混合十三电平逆变器调制策略及功率均衡方法

混合多电平逆变器因其能输出更多电平数且使用的开关器件较少而得到广泛应用,但对电压比为3:1:1:1混合级联H桥十三电平逆变器使用传统的载波移幅调制(phase disposition pulse width modulation,PD-PWM)策略,各单元的功率并不均衡。为了达到功率均衡的目的,文中针对混合十三电平拓扑提出了一种改进的混合调制方法,并在此基础上,进一步重构PD调制下的三角载波和调节高压单元的输出脉冲,在实验室条件下,以调制度0.9为例,3个低压单元L₁、L₂、L₃的开关损耗分别为4.6、4.4、4.2 W,开关损耗基本相等。L₁、L₂、L₃输出功率基本一致,高压单元H₁输出功率为51.7 W,3个低压单元功率均为17.2 W,高低压单元输出功率比接近3:1。仿真得到3个低压H桥单元的开关损耗相同,4个单元的功率均衡,高压和低压部分的功率开关分别工作在基频和高频状态,谐波特性良好。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

混合级联H桥的倍频调制及功率均衡方法

为解决电压比为1∶1∶2∶2的混合级联十三电平逆变器电流倒灌问题和同电压等级单元间功率均衡问题,此处提出一种在高压部分采用阶梯波调制,低压部分采用融合载波移相和移幅的混合调制方法,解决了电流倒灌问题,并且高压单元工作在基波频率,减小了开关损耗.该调制方法使逆变器具有2倍频特性,谐波特性良好,此外低压部分两单元还可自动实现功率均衡,再通过逻辑运算处理得到高压部分开关管的实际驱动信号,实现高压部分功率均衡.最后通过仿真和实验进行验证.     

阶梯波合成技术级联多电平变换器功率均衡策略

针对采用阶梯波合成策略级联型多电平逆变器存在的功率均衡问题,该文提出有功功率均衡法和循环脉冲功率均衡法两种功率均衡策略,前者的优点是不论级联单元个数多少,逆变器实现功率均衡所需时间仅为一个输出周期,缺点是会影响输出电压波形质量;后者的优点是不影响输出电压的波形质量,缺点是随着级联单元个数的增多,逆变器实现功率均衡的时间变长。该文详细分析两种均衡策略的工作原理及特点,并进行实验验证,实验结果表明两种功率均衡策略是可行的。     

新型混合级联多电平逆变器拓扑及调制策略

为解决现有非对称级联多电平逆变器存在低压单元电流倒灌和输出电平数少的问题,提出一种基于开关电容电路的混合级联多电平逆变器。首先,在两单元非对称级联H桥型逆变器的低压单元中嵌入一个开关电容电路,有效避免了低压单元电流倒灌,且输出电平数得以增加。然后,为减少所提方案应用于三相系统时所需直流电源的数量,提出了用三电平中点箝位型或T型逆变器电路作为高压单元的三相混合级联多电平逆变器拓扑。之后,针对所提逆变器拓扑的特性,提出了含有移相载波和层叠载波的混合调制策略,在满足逆变器输出高质量正弦脉宽调制电压波形的同时,有效减小了开关电容电压纹波和开关器件的切换频率及开关应力。最后,通过实验验证了所提混合级联多电平逆变器拓扑及调制策略的可行性。     

阶梯波合成级联型多电平逆变器功率均衡策略

首先指出在波形质量要求相同的条件下,III型级联多电平逆变器所需级联单元个数最少。接着讨论了3种级联多电平逆变器功率均衡问题,指出I型级联单元数低于7时,宜采用循环脉冲实现功率均衡,高于7时,宜采用调整开关角的方式实现功率均衡;II型级联多电平逆变器只能通过调整开关角实现功率均衡,由于开关组合方式冗余,II型存在多组功率均衡方程组,而通过计算发现,2单元III型级联多电平逆变器无法实现功率均衡。最后通过一台单相容量为2 kVA的原理样机对3单元II型级联多电平逆变器的均衡策略进行了实验验证。     

混合级联H桥逆变器的调制策略优化方法

多低压单元的混合级联H桥逆变器在电平切换时由于具有更多冗余开关状态,通过多载波移幅法对低压单元调制能很好地解决电流倒灌问题,但多载波移幅法由于自身特点存在级联单元输出功率不均衡、逆变器输出电压等效开关频率不高等不足.为此,针对直流侧电压比1∶1∶2的混合级联九电平逆变器,提出一种脉冲宽度调制与阶梯波调制相结合的混合调制...     

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。