基于3D-SVPWM的三电平电网模拟装置的研究与仿真

传统三电平空间矢量调制算法计算烦琐,需占用大量资源,大大降低了系统的性能。提出三维空间矢量调制技术对三电平电网模拟装置进行控制,首先针对三电平二极管中点钳位式变流器的三维空间矢量调制算法进行了研究,然后对三维坐标系进行矢量建模计算,最后基于MATLAB进行仿真,从而验证了该方法的可行性。     

基于改进型SVPWM的五电平NPC/H变流器共模电压抑制技术研究

为解决多电平变流器中共模电压随电平数增加幅值增大的问题,以五电平桥式中点箝位变流器为例,分析共模电压的产生机理,并提出一种基于改进型空间矢量脉冲宽度调制的共模电压抑制技术。将五电平桥式中点箝位变流器等效为两个三电平中点箝位变流器的组合,原参考电压矢量可分解为两个小的电压矢量。五电平空间矢量脉冲宽度调制也被分解为两个三电平空间矢量脉冲宽度调制。为抑制其共模电压,其中一个三电平变流器采用零共模电压空间矢量脉冲宽度调制策略,另一个三电平变流器则按传统空间矢量脉冲宽度调制策略进行调制。对比分析并仿真研究现有两种调制策略与改进型空间矢量脉冲宽度调制策略下五电平桥式中点箝位变流器的共模电压和直流电压利用率。理论分析和结果证明变流器的共模电压最大值比传统SVPWM(space vectorpulse width modulation)下降了60%,直流电压利用率比零共模电压策略升高了4%,说明在共模电压得到有效抑制的同时,保持了较高的直流电压利用率。     

四桥臂三电平逆变器3D-SVPWM调制策略

针对四桥臂三电平中点钳位型逆变器传统的复杂三维空间矢量脉宽调制算法和中点电位不平衡问题,提出了基于分解思想的3D-SVPWM调制策略和基于电荷守恒的中点电位平衡算法。该调制策略将αβγ坐标系下四桥臂三电平逆变器电压矢量空间分布在αβ平面上的投影分解为两电平结构进行分析,并利用两电平的调制策略实现对参考电压矢量的调制;提出的中点电位平衡算法,根据电荷守恒原理调整冗余矢量的作用时间实现对中点电位的控制。与传统的调制策略相比,所提调制策略极大地简化了运算过程,并且实现了直流侧上下电容电压平衡。仿真和实验验证了本文所提策略的正确性。     

新型模块化多电平变流器 在电力系统无功补偿中的应用研究

模块化多电平变流器(MMC)是一种新型的多电平电压源变流器,每个桥臂由数个具有独立直流源的子模块单元串联而成。随着子模块增加,其空间矢量调制算法也越来越繁杂。提出一种基于60°坐标系下MMC任意电平逆变器的空间矢量脉宽调制通用算法;并将模块化多电平变流器并联接入电力系统中实现无功补偿技术,实现了内环解耦控制和外环的子模块电容电压平衡控制,最后通过仿真结果验证了60°坐标系空间矢量脉宽调制算法和该无功补偿装置控制算法的正确性和扩展性。     

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。     

基于等效SVPWM的三电平脉宽调制技术仿真研究

传统三电平SVPWM算法思想简单、易于实现,但实际运用中有大量三角函数运算,对控制芯片要求较高。为此研究引入基于载波调制的等效空间矢量调制算法,有效抑制中点电位不平衡,改善系统动态性能,并在此基础上提出一种适用于三相三电平Vienna整流器的改进脉宽调制技术,该调制算法通过注入零序分量降低系统谐波含量,并利用补偿电压V_(comp)实现功率因数可变。最后搭建Matlab仿真平台,验证所提算法的有效性与正确性。     

基于gh坐标系的三电平变频器SVPWM混合调制策略

传统多电平SVPWM存在计算复杂的问题,为提高计算的实时性,提出了基于非正交gh坐标系的简化算法,此算法无须扇区判断即可避免复杂的三角函数运算,易于实现多电平系统的实时控制。基于对SVPWM开关序列多样性的分析,提出一种多模式SVPWM的混合调制策略。通过不同工况下13段式调制、7段式调制及5段式调制的切换,实现一种具有窄脉冲消除、中性点平衡性好及电压利用率高等优势的SVPWM优化算法。分别通过仿真及实验验证算法的有效性及可行性。     

直流电容电压自平衡的新型五电平NPC变流器空间矢量调制策略

针对五电平中点钳位(Neutral Point Clamped,NPC)变流器直流电容电压平衡问题,分析了五电平NPC变流器空间矢量调制中各开关矢量对直流电容电压平衡的影响,阐述了分调制比区域实现五电平NPC变流器空间矢量调制的控制思想,提出了一种新型直流电容电压自平衡的五电平NPC变流器空间矢量调制策略。该策略将空间矢量图按调制比分区,在低调制比区域(mSV≤0.5),采用目标函数与参考电压分解相结合的方法,在高调制比区域(mSV0.5),采用平衡矢量优化选择法(Optimized Balancing Vectors Selection,OBVS),分别实现了直流电容电压自平衡的五电平空间矢量调制。仿真和实验表明本文提出的新型调制策略兼具直流电容电压平衡控制功能,计算量小,实现简单,控制效果好。     

三电平逆变器简化SVPWM策略及其误差电流分析

对于三电平逆变器,传统的空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)方法需要进行大量的三角函数计算及参考矢量扇区判定,增加了控制器的运算时间,若考虑中点电位平衡的问题,算法复杂度将进一步增加,另外,目前缺乏简单有效的对不同SVPWM策略下逆变器输出波形质量的评价方法。为此,在60°坐标系SVPWM策略基础上,提出一种采用二分法的简化调制策略,该策略通过二分法快速搜索参考矢量所在位置,通过动态调整冗余小矢量作用时间,控制流经逆变器中线电流,从而实现中点电位平衡控制;最后基于矢量法对SVPWM策略下三电平逆变器输出误差电流进行了分析。仿真结果表明,该SVPWM策略避免了三角函数计算,较60°坐标系SVPWM策略运算时间也有所降低,并可实现精细化中点电位平衡控制。     

基于零序电压注入与调制波分解的三电平脉宽调制策略

对三电平空间矢量脉宽调制(SVPWM)与零序电压注入正弦脉宽调制(SPWM)进行了对比分析,以线电压坐标系空间矢量图和开关周期窗口移动图解释了两种调制方式在占空比和矢量序列上的关系。从零序注入SPWM与SVPWM的内在联系出发,本文探讨了基于零序分量注入与调制波分解的三电平脉宽调制策略。该调制策略无需SVPWM复杂的矢量分解,即可实现最小开关损耗、最优波形质量抑或是中点平衡等任一控制目标,并可在多控制目标间转换,具有极高的灵活性,实现简单,可大大降低编程难度与程序运行时间。     

45°坐标系下级联逆变器简化空间矢量调制及性能优化研究

研究了H桥级联型逆变器在45°坐标系下简化空间矢量调制,其扇区定位与矢量作用时间计算非常简单,并且易于向每相任意个数H桥级联型逆变器扩展。重点研究了45°坐标系中,通过对简化空间矢量调制方法的改进来实现逆变器输出性能的优化。调制方法的改进具体如下:①为了减少逆变器功率器件的开关损耗,研究了开关频率优化算法,在满足逆变器同样输出要求的同时可以有效减少开关次数;②为了减少逆变器产生的共模电压,研究了抑制零序电压输出的调制算法,其可以有效减少逆变器输出电压中的共模电压,使共模电压在极小的电压范围内波动。最后,仿真与实验结果验证了本文所提方法的正确性。     

新型SVPWM调制方法研究

在阐述传统SVPWM调制方式的基础上,推导出了SVPWM的一种新型调制方法。该方法直接利用三相相电压的大小进行简单的大小判断即可得到空间矢量所在扇区,同时利用三相相电压的简单加减运算就可以得到非零矢量的导通时间,避免了传统SVPWM算法中三相到两相的Clark坐标变换、三角函数计算等过程,简化了SVPWM算法步骤,实现方式简单快速,实时性强。最后利用该算法对一台三相异步电动机进行了仿真,仿真结果验证了该算法的正确性。     

基于虚拟作用时间变换的N电平逆变器参考电压矢量合成方法

本文提出了一种非正交变换和线性变换相结合的矢量合成方法:将任意参考电压矢量变换到60°非正交坐标系中,根据其坐标求出由第一扇区的两个基本长矢量合成参考电压矢量的虚拟作用时间,并确定三个最近矢量(Nearest Three Vector,NTV),而这三个邻近矢量的作用时间则可以由虚拟作用时间通过线性变换得到,这样使参考...     

新型五电平逆变器三维PWM控制

多电平逆变器已广泛应用于动态电能质量补偿，但因其电平增加，控制算法变得更为复杂。文中介绍了一种简单有效的新型控制算法——二层三维脉宽调制(3 Dimensional PWM)滞环控制算法。二层3DPWM滞环控制使控制算法大为简化，降低了对控制系统硬件和软件的要求，从而提高了系统的控制性能。很多三相四线制系统中中性线电流的补偿需要附加一桥臂分支来实现，使得原有的三桥臂逆变器变为四桥臂逆变系统，增加了系统的造价。利用三桥臂中线分开逆变器，可以减少四桥臂多电平逆变器中需要的绝缘栅双极晶体管(IGBT)的数量，降低成本，其补偿效果优于二电平或三电平的滞环算法。系统仿真结果表明，二层3DPWM滞环控制算法应用于五电平的控制是有效的和可行的。     

Study on the SVPWM algorithm of N-level Inverter in the context of non-orthogonal coordinates

In this paper, the authors propose a new space vector pulse width modulation (SVPWM) algorithm based on non-orthogonal coordinates for N-level inverters. First, it is pointed out that classical aβ coordinates-based SVPWM has many shortcomings because of improper coordinate choice. Then, a non-orthogonal coordinates-based SVPWM is proposed to solve these problems. The proposed algorithm can easily identify which sector the reference space vector falls in and conduct simple operations to find the duty cycle of each vector. Finally, it is verified that the proposed SVPWM is actually a pulse—width modulation (PWM) technology based on line voltages. __________ Translated from Journal of North China Electric Power University (Natural Science Edition), 2004, 31(4): 25–28(in Chinese)     

矩阵变流器虚拟逆变侧无扇区调制算法

矩阵式变流器间接空间矢量调制算法通过"虚拟整流器"+"虚拟逆变器"相冗,运行工况复杂。该文通过虚拟整流侧三角函数分析,推出其SVPWM简化算法;提出虚拟逆变侧无扇区空间矢量脉宽调制,建立非正交K-L 120°坐标系,无需扇区判断直接求解虚拟逆变侧三相桥臂开关占空比。通过新型占空比与传统虚拟整流占空比区间结合,将常规矩阵式变流器虚拟整流+虚拟逆变调制算法扇区判断的36种工况缩减至18种,大大简化算法实现过程,提高计算实时性。仿真实验结结合控制模式进行综合调制,其空间调制占空比组合方式繁果表明了该方法的正确性和有效性。     

60°坐标系下三电平逆变器SVPWM控制策略研究

为解决二极管箝位型三电平逆变器直角坐标系下SVPWM算法复杂、计算量大的问题,本文采用60°坐标系对控制算法进行了改进。建立g-h坐标系,分析了参考矢量与空间坐标的关系,提出了参考电压矢量标幺变换的算法,简化了判断扇区方法,计算第Ⅰ扇区电压矢量的作用时间;建立了系统旋转模型,将其他扇区电压矢量对应到第Ⅰ扇区,直接读取矢量作用时间,简化了运算流程,避免了进行大量的三角函数运算。Matlab仿真和实验结果验证了本方法的可行性。     

基于Sigma-Delta调制的双两电平逆变器调制策略

在多电平逆变器的调制中,Sigma-Delta调制器可以改善逆变器输出电压频谱,减少系统噪声。而将其运用到共直流母线的开绕组异步电机双两电平逆变器系统中时,由于开关状态和开关频率的不固定,无法采用传统的改变冗余小矢量作用时间的方法来消除系统中的零序电压。为此,针对共直流母线双逆变器系统,提出一种调制方法,该方法利用Sigma-Delta调制器过采样及噪声压缩技术,优化逆变器输出电压频谱;同时,利用两电平空间矢量图中两个互差120°的基本矢量所对应的系统零序电压为零的原理,将参考电压矢量分解为两个大小相等、方向互差120°的等效参考电压矢量,并由两台逆变器分别单独产生,以此实现对共直流母线的开绕组异步电机双两电平逆变器系统零序电压的完全消除。仿真和实验结果验证了该方法的正确性和有效性。     

考虑三次谐波转矩的双五相永磁同步电机串联系统直接转矩控制研究

针对反电动势非正弦的2台五相永磁同步电机串联驱动系统提出一种3次谐波转矩补偿型直接转矩控制策略。首先通过坐标变换建立了考虑3谐波转矩的双五相PMSM串联系统的数学模型,基于电压矢量对转矩的控制关系,分别在2个子空间计算定子磁链增量的期望值;然后根据2台电机定子电压方程,计算出2个平面内电压矢量参考值,并提出一种占空比调制型空间矢量调制算法;最后,通过仿真与实验验证了所提控制算法的可行性。     

基于谐波抑制的共母线开绕组永磁同步电机减振控制

为了减少共母线开绕组永磁同步电机(OW-PMSM)驱动系统中的电流谐波,抑制由径向电磁力引发的电机振动,提出了一种基于零序电流闭环的零矢量重分配随机开关频率空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法。该算法通过选取的零矢量产生共模电压,抵消由非零电压矢量带来的共模电压,将零序电流闭环后动态抑制零序电流,有效地减少了相电流3次谐波含量。同时,针对调制策略固有的相电流高频谐波分量,通过SVPWM中开关频率随机化,使得开关频率及其整数倍处高频谐波幅值大大减少。试验结果表明,该方法能有效降低高低频段电流谐波幅值,实现OW-PMSM全频段的减振控制。