一种以降低逆变器开关损耗为目标并考虑中点电位平衡的适用于中点钳位式三电平逆变器的调制方法

介绍了中点钳位式(neutral point clamped,NPC)三电平逆变器载波脉冲宽度调制(carrier-based pulse width modulation,CBPWM)、空间矢量脉冲宽度调制(space vector PWM,SVPWM)、最小开关损耗脉冲宽度调制(switching loss minimize PWM,SLPWM)3种典型的调制策略。当中点电位偏移时,提出了一种非对称载波脉冲宽度调制(asymmetric carrier disposition PWM,ASPDPWM)策略,可以在中点电位偏移时输出正确的PWM序列,有效抑制逆变器输出的低频谐波含量。分析了基于载波移位脉冲宽度调制(carrier disposition PWM,PDPWM)策略的中点电位平衡方法。提出了一种SLMPWM和PDPWM混合调制策略,这两种调制策略的切换采用滞环控制方式。在实验室搭建了NPC三电平逆变器实验平台,通过阻感性负载和永磁同步电机负载验证了混合调制策略的有效性。实验结果验证了SLMPWM和PDPWM的混合调制策略能够有效降低开关损耗和控制中点电位。     

三电平双组双调制波载波脉宽调制方法

中点电位不平衡问题是三电平中点钳位(neutral point clamped,NPC)逆变器的固有问题,目前的中点电位平衡方法或者在部分条件下无法完全消除中点电位低频波动,或者存在开关频率偏高的问题。提出一种双组双调制波载波脉宽调制(double-group double-modulation-wave carrier-based pulse width modulation,DGDMWPWM)方法。DGDMWPWM由平均中点电流大小相等方向相反的两组双调制波根据中点电位的方向进行切换调制,既能完全消除三电平NPC逆变器的中点电位低频波动,又具有开关频率较低的优点。详细阐述该脉宽调制(pulse width modulation,PWM)的基本原理,并通过仿真和实验研究验证了该PWM的有效性。     

新型Z源不对称三电平逆变器及中点电位控制方法研究

为克服单Z源中点箝位型NPC(neutral point clamped)三电平逆变器主电路所需器件多、硬件成本高的缺点,提出了一种新型Z源不对称三电平逆变器拓扑结构,该拓扑不需要箝位二极管,同时保持了Z源三电平逆变器的固有优势。根据其特有的上、下直通状态插入规律以及对中点电位的影响,提出一种最优空间矢量脉宽调制SVPWM(space vector pulse width modulation)控制策略,通过调节上、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,且最大程度减小了直通动作产生的开关损耗。通过MATLAB/Simulink仿真,验证了该方法的可行性和有效性。     

考虑中点电压不平衡的中点箝位型三电平逆变器空间矢量调制方法

论述了中点电压偏移时,中点箝位型(neutral point clamped, NPC)三电平逆变器的空间矢量调制方法(space vector pulse-width modulation,SVPWM)。当中点电压偏移时,电压矢量本身的变化和平衡算法所带来的冗余矢量作用时间所引起的合成误差。经计算得到不同调制度时的合成误差曲线。将中点电压的不平衡因子引入矢量的选择和作用时间的计算中,利用不平衡因子调整矢量作用时间。比较了当逆变器带有异步电机负载时,传统矢量调制方法和改进的调制方法在电机启动过程系统的响应特性。表明改进的算法不仅能使三电平逆变器的输出电压谐波含量大幅减少,并且中点电压不平衡、电机转矩脉动、电流畸变也大幅度减小。     

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。     

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。     

基于NPC三电平的永磁同步电机控制研究

基于NPC(neutral point clamped,中点钳位型)三电平逆变器的永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor, PMSM)的矢量控制系统中,传统的直角坐标系SVPWM算法三角函数计算量大,系统计算时间长,软件程序复杂,而且存在中点电位不平衡的问题,影响电流、电机转速和转矩。本文构建了以基于gh坐标系的NPC三电平逆变器为核心的PMSM矢量控制系统,提出了一种基于电荷预测的中点电位平衡调节控制方案,并搭建了PMSM控制系统的仿真模型和实验平台,通过仿真和实验对控制系统进行了检验,结果表明使用该方法的PMSM运行情况良好,具有较好的实用性。     

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。     

一种无权重系数的三电平NPC逆变器低共模电压FCS-MPC算法

针对中点钳位式(neutral point clamped,NPC)三电平逆变器,传统低共模电压有限集模型预测控制(finite control set mode predictive control,FCS-MPC)算法通过评价函数约束进行中点电位平衡控制,需要额外设计权重系数,存在参数整定困难、影响输出电流谐波问题。该文提出一种无权重系数三电平NPC逆变器低共模电压FCS-MPC算法。首先,电压矢量控制集中舍弃正小矢量和PPP、NNN两个零矢量,将共模电压幅值抑制在Udc/6以下。其次,对控制集中每一个基本小矢量和中矢量,构造幅值和方向相同、对中点电位影响不同的冗余虚拟电压矢量。在控制执行过程中,第一步选出电流控制目标最优基本矢量,以保证输出电流谐波不受影响。第二步通过比较所选基本矢量及其冗余虚拟矢量作用,选出满足中点电位平衡控制目标矢量作为最优矢量,并将其开关序列作用于逆变器,从而省去权重系数。最后,实验验证所提算法正确性和有效性。     

基于时间补偿的三电平逆变器中点电位平衡控制

由于中点箝位式三电平逆变器(NPC)固有的电气结构,中点电位平衡问题一直是NPC逆变器的固有问题,本文在深入探讨逆变器中点不平衡的根本原因的基础上。提出了一种基于时间补偿的中点电位控制方法,其区别于传统PI的控制策略,该方法就是对中点电位差进行分类,以实现在不同电位下,对小矢量开关时间实现不同参数补偿,以到达中点电位的精确控制。通过Matlab/Simulink仿真证明了基于时间补偿的中点电位调制方法的有效性。     

零序分量注入型三电平感应电动机矢量控制系统

提出一种基于三电平中点箝位(NPC)逆变器的零序分量注入型感应电动机矢量控制方案。系统中使用快速电流控制的直接转子磁链定向矢量控制模式,由于定子电流是由快速电流环控制,因此系统中不用使用定子电压方程,并且不需要解耦电路。转子磁链位置角由磁通模型计算得到。感应电动机由三电平NPC逆变器供电,三电平NPC逆变器由于开关器件的电压应力是传统两电平逆变器开关器件上电压应力的一半,所以适合用于中压调速系统。逆变器控制采用开关优化PWM算法,通过注入零序分量,不但优化功率器件的开关频率,而且可以稳定中点电位。仿真结果表明,该方法在三电平逆变器供电的感应电动机上有效地实现了矢量控制,并且具有很好的性能。     

基于SVPWM补偿优化的三电平NPC并网逆变器容错控制

为保证并网系统中三电平中点箝位（neutral point clamped,NPC）型并网逆变器单相桥臂短路或断路故障后持续运行,提出一种基于空间矢量脉宽调制（space vector pulse width modulation,SVPWM）的优化补偿型低共模电压容错控制策略。首先,通过分析故障后八开关三相逆变器（eight switch three phase inverters,ESTPI）拓扑开关状态对应的共模电压大小,确定参考电压矢量合成规则;然后通过一个基波周期内中点电流情况分析中点电位波动机理,进而对空间矢量合成进行调节补偿,并设计低通滤波器和滞环控制器进一步对补偿进行优化调整,保证并网电流质量的同时有效抑制了直流母线中点电位偏移。仿真结果表明,该容错控制策略能够实现三电平NPC并网逆变器单相桥臂故障后并网系统的稳定可靠运行,每个基波周期有三分之一时间的共模电压得到改善,优化补偿后的并网电流质量显著提高,且在并网电流突变时具备良好的控制特性。     

一种SPWM控制的多电平逆变器电压误差补偿策略

以中点箝位式(Neutral Point Clamped,NPC)三电平电路和双三电平电路拓扑结构为例,分析了SPWM控制的多电平逆变器中功率元件的死区及管压降对输出特性的影响。提出了通过改变SPWM电压控制矢量来补偿死区和管压降造成的电压误差的策略。实验表明,对于多电平逆变器供电的异步电动机控制系统,在无定子电流闭环调节的情况下,采用该补偿策略可以有效地改善输出特性。     

中点箝位式三电平逆变器空间矢量调制及其中点控制研究

论述一种中点箝位式三电平逆变器SVPWM原理及其实现方法。为避免三电平逆变器在扇区切换中输出矢量突变，提出了一种首发矢量全部采用正小矢量或负小矢量的空间矢量调制算法，利用三个判断规则，可以很方便地确定出参考矢量所在的扇区和小三角形，给出了合成矢量的相应输出电压矢量，推导出三角形顶点工作矢量的作用时间。并提出一种充分利用冗余电压矢量的中点电压控制方法，实现了电容电压的平衡。实验研究结果证实本文提出的调制算法是正确且有效的。     

消除偶次谐波的三电平NPC逆变器调制方法

针对传统空间矢量脉宽调制(SVPWM)方法的矢量选取方案使得二极管箝位型(NPC)三电平逆变器输出电压产生偶次谐波的缺陷,提出了一种能消除偶次谐波的改进型矢量选取方案.该方案在分析传统SVPWM产生偶次谐波机理的基础上,通过改进SVPWM中各矢量的作用顺序,使得逆变器输出电压半波奇对称,从而达到消除偶次谐波、抑制中点电...     

箝位式三电平逆变器空间电压矢量调制方法的研究

本文论述了三电平中点箝位式逆变器SVPWM原理和实现方法，为了避免三电平逆变器在扇区切换中输出矢量突变，提出了一种首发矢量全部采用正小矢量或负小矢量的空间矢量调制算法，利用三个判断规则，可以很方便地确定出参考矢量所在的扇区和小三角形，给出了合成矢量的相应输出电压矢量，并推导了三角形顶点工作矢量的作用时间。通过检测负载电流方向和直流电容的电压，合理分配正负小矢量对的作用时间，实现了电容电压的平衡。仿真研究结果证实了本文提出的空间矢量调制算法的有效性。     

三电平逆变器空间矢量调制及其中点控制的研究

论述一种中点钳位式三电平逆变器SVPWM原理及其实现方法。为避免三电平逆变器在扇区切换中输出矢量突变,采用一种首发矢量全部采用正小矢量或负小矢量的空间矢量调制算法,给出了合成矢量的相应输出电压矢量,推导出三角形顶点工作矢量的作用时间。提出一种充分利用冗余小矢量的中点电压控制方法,实现了电容电压的平衡。实验研究结果证实了提出的调制算法是正确且有效的。     

三电平逆变器空间矢量脉宽调制及其实现

论述了中点箝位(Neutral-Point-Clamped,NPC)式三电平逆变器空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation,SVPWM)原理和实现方法,为了避免三电平逆变器在扇区切换中输出矢量突变,提出了一种首发矢量全部采用正小矢量或负小矢量的空间矢量调制(Space Vector Modulation,SVM)算法,推导了三角形顶点工作矢量的作用时间。并给出一种利用余电压矢量的中点电压控制方法,实现了电容电压的平衡。实验结果证实本文提出的调制算法是正确可行的。     

基于开关电感的增强型Z源三电平逆变器

分析了基于空间矢量脉宽调制(SVPWM)的常规单z源三电平中点钳位(NPC)逆变器的升压能力,指出若直通矢量作用时间不超过某一有效矢量的作用时间,则逆变器的电压增益最大值仅为1.15,不具备升压能力。对SVPWM方法作出修改,使电压增益与z源两电平逆变器的相同。为了进一步提高升压能力,提出一种增强型z源网络,直流母线的正端和负端各引入1个开关电感(SL)单元,不仅提高电压增益,而且在相同电压增益的条件下降低了在z源网络电容的电压应力,还能实现中点电位平衡。在此基础上又提出了升压能力更强的多单元开关电感增强型z源网络。仿真结果表明,改进SVPWM方法和新型拓扑对提高z源三电平NPC逆变器的升压能力十分有效。