模块化多电平换流器调制策略对比

对比采用不同调制策略时模块化多电平换流器输出波形的特性。模块化多电平换流器的调制策略,根据是否需要对子模块电容电压排序,可分为计算投入子模块个数调制策略和载波相移调制策略2类。在同一电平数下,采用不同调制策略会对模块化多电平换流器输出波形的各次谐波分布和谐波畸变率产生明显影响。当电平数升高时,不同调制策略对谐波畸变率的减少量也不同。     

混合多电平逆变器功率均衡分布的研究

基于多电平逆变器混合调制策略,高压逆变单元在调制比范围内,通过采用常值比较电平的方式,输出主要基波电压,低压单元采用高频调制方式调节输出电压。但低调制比时,高低压单元输出功率分布不均衡,降低了系统效率。通过分析发现,混合多电平逆变器直流电压比固定时,改变比较电平的取值在调节输出功率的同时并不影响输出电压波形。因此在全调制比范围内,通过比较电平的变化,调节逆变单元的输出功率,使各单元功率分布趋于均衡。对典型的混合不对称逆变器进行了仿真验证,仿真结果表明了新调制方法和分析的正确。     

模块化多电平逆变器的仿真分析

介绍模块化多电平逆变器的拓扑结构和工作原理,根据模块化多电平逆变器的特性及在高压大功率场合中的应用,采用基于排序法的电容均压控制算法与最近电平逼近调制策略相结合以实现电容电压的平衡和系统的稳定。采用上述的控制策略在 MATLAB‐Simulink仿真平台下搭建7电平的逆变器仿真模型,通过对子模块电容电压波动分析及逆变器输出电压电流谐波畸变率分析,结果表明最近电平逼近调制策略下换流器输出的波形质量高,谐波含量少,子模块电容电压波动小,验证了所采用的均压控制策略和最近电平逼近调制策略的合理性和有效性。     

基于载波的三电平逆变器PWM调制策略研究

研究和分析了用于三电平逆变器不同的多载波PWM调制策略。通过对逆变器输出电压的谐波分析,对不同调制方法的谐波特性进行了比较,得出了在不同调制策略下,各自调制策略的谐波特性,调制度与谐波总含量之间的关系。仿真及实验结果对所得出的结论进行了验证。     

多载波水平移相PWM调制策略的谐波分析

多电平逆变器由于输出容量大、输出电压谐波含量小等优点,在中高压应用领域得到了广泛的应用,同时,调制策略的优劣严重影响着多电平逆变器的性能。基于双边傅立叶变换,提出了一种多载波水平移相调制策略谐波分析方法,得出了输出电压谐波的解析表达式,从理论上论述了水平移相调制策略谐波消除的根本原因。在此基础上,以优化谐波为目的,针对多单元H桥串联型多电平逆变器,推导了一种二重化与载波水平移相相结合的PWM（Pulse Width Modulation）调制策略谐波表达式,详细分析了其谐波分布特性,概括出采用模块化的多电平拓扑结构谐波消除的一般原则。最后,以DSP与CPLD为基础,搭建了一套多单元串联型逆变器数字化实验系统。仿真与实验结果对所采用的谐波分析方法及水平移相PWM调制策略的特性进行了验证。     

阶梯充电自平衡开关电容多电平逆变器

针对传统多电平逆变器功率器件多、结构复杂等缺点,将开关电容技术应用于多电平逆变器拓扑,提出一种可扩展的模块化多电平逆变器。所提逆变器通过开关电容模块中的双电容阶梯充电与串联叠加以及模块的串并联转换,能够以较少的器件输出更多的电平,可以降低逆变器输出电压的谐波畸变率。逆变器不需要额外的电压平衡控制或电压平衡回路即可实现电容电压的自平衡,简化了逆变器调制策略,并且单电源输入的特点拓宽了其适用范围。逆变器具有升压能力,进一步简化系统升压环节,降低系统复杂性以及制造成本。文中给出了所提逆变器的拓扑结构、工作原理和调制策略,分析了电容参数,并对提出的逆变器拓扑进行对比研究。最后,在19电平逆变器原型机上进行广泛实验验证,结果与理论分析一致,验证了逆变器的可行性与调制策略的正确性。     

多载波水平调制策略的谐波分析及数字化实现

多电平逆变器由于输出容量大、输出电压谐波含量小等优点,在中高压应用领域得到了广泛的应用,同时,调制策略的优劣严重影响着多电平逆变器的性能。以优化谐波为目的,针对多单元H桥串联型多电平逆变器,推导了一种二重化与多载波水平移相式PWM调制策略谐波表达式,详细分析了其谐波分布特性,从理论上论述了水平移相调制策略谐波消除的根本原因。最后,以DSP与CPLD为基础,提出了一种水平移相式SPWM调制策略数字化实现方式,并搭建了一套多单元串联型逆变器数字化实验系统。仿真与实验结果对所采用的谐波分析方法及水平移相PWM调制策略的特性进行了验证。     

一种混合级联多电平逆变器的研究

文章中首先分析了逆变器的拓扑结构以及在直流端电压比不同的情况下的输出电平数。然后使用不同的调制方法对逆变器进行调制,并比较两种方法的优缺点,包括输出电压以及电流的总的谐波失真比率。最后通过仿真验证了设计的有效性。     

多电平逆变器多载波调制策略的谐波分析

针对多电平逆变器多载波调制策略的谐波问题,采用双边傅里叶变换方法,提出了一种通用的谐波分析方法,得出输出电压谐波的解析表达式,从理论上阐述了多载波调制策略的谐波特性.根据所得出的通用谐波解析表达式,推导了一种具有特定相邻载波相位关系的调制策略谐波解析表达式,给调制策略的实际应用提供了理论依据.同时对3电平、5电平及7电...     

一种光伏发电用高增益多电平逆变器

针对传统的多电平逆变器存在有源器件数量较多、电容电压不平衡、结构复杂以及电压增益低的问题,提出一种降低器件数量且可扩展的多电平逆变器。该逆变器由开关电容单元和两个半桥组成,使用1个直流电源、3个电容、13个开关管,实现4倍电压增益和九电平交流输出电压。该逆变器通过2个半桥代替后端H桥转换输出电压极性,可以有效降低开关管总电压应力。在所提逆变器的扩展结构中,电容逐级充电的工作方式进一步提高了电压增益和输出电平数。首先,详细阐述了所提逆变器的工作模式、调制策略、电容分析、电压应力计算和电路参数设计。然后,与其他类似多电平逆变器进行了比较。最后,通过仿真与实验验证了所提逆变器的可行性和理论分析的正确性。     

Novel multilevel inverter carrier-based PWM method

The advent of the transformerless multilevel inverter topology has brought forth various pulsewidth modulation (PWM) schemes as a means to control the switching of the active devices in each of the multiple voltage levels in the inverter. An analysis of how existing multilevel carrier-based PWM affects switch utilization for the different levels of a diode-clamped inverter is conducted. Two novel carrier-based multilevel PWM schemes are presented which help to optimize or balance the switch utilization in multilevel inverters. A 10 kW prototype six-level diode-clamped inverter has been built and controlled with the novel PWM strategies proposed in this paper to act as a voltage-source inverter for a motor drive     

级联型变频器输出性能与调制度关系的分析

幅值调制比是PWM调制技术中一个重要的参数.基于此,分析了级联型多电平变频器调制度与输出性能的关系:它不仅与输出电压的高低密切相关,而且还与输出电平数、输出谐波等有关,调制度区域越小,输出电平数越少,谐波含量也越高,因此其输出性能也越差.最后,通过仿真和实验验证了理论分析的正确性.     

A modified cascade transformer-based multilevel inverter and its efficient switching function

A modified multilevel PWM inverter is proposed to increase the number of output voltage levels and to improve the system characteristic of a prior 11-level shaped PWM inverter scheme. In appearance, it consists of three full-bridge modules and a cascade transformer; therefore, the configuration of the proposed multilevel PWM inverter is equal to that of the prior one. Only the turn-ratio of one transformer and its corresponding switching function are different from each other. Based on the difference, the proposed multilevel PWM inverter has two promising advantages. First, output voltage levels increase almost two-fold. Consequently, it can generate more sinusoidal output voltage waves. Second, due to a suitable switching pattern, it lightens power imposed on the transformer, which is used for compensating output voltages with chopped pulses between step levels. Operational principle of the proposed 19-level shaped PWM inverter is analysed with comparisons of the prior 11-level shaped PWM inverter. The validity of the proposed inverter system is verified by computer-aided simulations and experimental results based on a 1 kW prototype.     

一种消除低压单元反向电流的混合多电平控制策略

近年来，混合多电平变换器由于可以减少级联的直流单元数而受到越来越多的重视，但其拓扑结构并没有由此而变得简单，这是因为最小单元的整流端需要采用PWM整流结构才能让能量回流，使得母线电压不至于太高。为了避免在最小单元的整流处采用可控元器件，本文采用了一种新的控制策略，可以让拓扑结构的每个H桥都参与PWM调制，同时它们的电压输出极性相同，因此低压单元就不会产生反向电流，也就可以采用二极管整流，结构就变得简单。为了提高电压利用率，采用了三次谐波注入的参考电压正弦波。最后给出了两种算法的仿真波形并进行了分析。     

Performance of a High-Speed Motor Drive System Using a Novel Multilevel Inverter Topology

The performance of a novel multilevel six-switch (SS) three-phase inverter drive is examined for low-voltage high-speed motor applications. The switching losses of hard-switched voltage-source-inverter topologies place limits on the maximum feasible switching frequency. When operating at higher fundamental frequencies, this results in low-frequency modulation ratios and either high load harmonic currents that cause excessive rotor heating or larger than desired output reactors with a large fundamental voltage drop. The multilevel inverter structure examined offers an increased number of output pulsewidth-modulated (PWM) voltage levels, higher frequency PWM output waveforms, reduced dead-time effects, and a significant reduction in harmonic content. These features reduce the total losses in the motor load when compared to the standard SS three-phase inverter. The harmonic reduction provided by the multilevel topology relative to the standard inverter is experimentally demonstrated with a 15-hp 18 000-r/min induction machine.     

FPGA控制的不对称多电平逆变器的设计

随着多电平技术在大容量场合的应用,不同结构的多电平拓扑结构不断被提出。论文研究一种混合级联式不对称多电平逆变器,该结构逆变器将传统H桥逆变器进行改进,与H桥相比使用相同器件时,该结构能够输出更多的电平数,或者在输出相同电平数的情况下比传统H桥级联结构使用更少的器件。该多电平逆变器由两个不对称四电平逆变器级联而成,输出电...     

级联多电平逆变器的工作原理分析

以每相两功率单元串联为例,介绍了级联多电平逆变器的拓扑结构和相位移载波SPWM调制策略,阐述了该多单元级联逆变器在SPWM调制方法下的工作原理,从理论上分析了逆变器开关切换、输出电压、电流流向以及共模电压的情况,说明了相位移载波SPWM调制方法应用在级联多电平逆变器上的可行性、可靠性和控制的简易性,为实现调制方法的优化和拓扑结构的改进提供了理论基础。     

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。     

基于多电平随机脉宽调制技术的共模电压和谐波抑制方法

在PWM电机驱动系统中,多电平逆变技术可以降低系统中的共模电压和谐波含量,但是由于开关频率是固定的,在开关频率处的谐波仍很大。随机开关频率空间矢量调制技术可以通过对零矢量的控制,实现对共模电压的抑制,并且开关频率的随机化,使得开关频率处的幅值较大的谐波分散为一定带宽的幅值较小的谐波,降低了谐波的幅值。给出了混合型七电平逆变器的拓扑结构及控制方法,将高压单元的低频输出和低压单元的高频输出进行叠加,实现七电平的电压输出。分析了不同的开关状态对共模电压的影响,提出了用于共模电压抑制的矢量选择方法和用于降低谐波的开关频率随机化方法,仿真和实验结果显示,多电平逆变技术和随机脉宽调制技术的结合使用,大大降低了系统的共模电压和开关频率处的谐波分量。     

单元串联多电平变频器脉宽调制方法分析

对多电平变频器不同的拓扑结构进行比较,研究分析单元串联多电平变频器的几种不同的调制策略。采用载波移相控制,通过Matlab仿真,分析调制比M变化时对输出相电压、线电压的影响以及谐波总畸变率的变化。