多电平逆变器通用电容电压平衡优化算法

针对二极管箝位型多电平逆变器电容电压难以控制的问题,分析了一种简单的多电平逆变器等效模型,用于预测结点电压偏差,提出了一种多电平逆变器电容电压平衡优化SVPWM(space vector pulse width modulation)算法。该算法通过预测不同开关状态下直流侧结点电压偏差,建立目标函数并对其寻优,在每个开关周期选取最优的开关组合达到结点电压平衡。理论分析和试验结果表明,该算法适用于任意电平逆变器电容电压平衡的控制,解决了三电平逆变器电容电压平衡的问题,但在三电平以上的逆变器受调制度限制。针对三电平以上高调制度下电容电压失衡的原因进行了分析,并给出了解决方法。仿真和实验验证了算法的正确性。     

二极管箝位式多电平逆变器直流侧电容电压不平衡机理的研究

多电平逆变器能产生多阶梯、低失真电压波形，特别适合于大功率高电压场合，其中二极管箝位式多电平逆变器（DCMLI）因无需独立的直流电源来维持每级电压而备受关注，但由于该逆变器存在直流侧电容电压的不平衡问题，因而还未能在有功功率变换中得到广泛应用，文中采用空间矢量法研究了负载功率因数对二极管箝位式多电平逆变器（DCMLI）直流侧电容电压不平衡的影响，建立了功率因数与电容电流之间的数学关系，利用DCMLI的电容电流模型计算出了各开关状态下的电容电流大小和方向，并引入不平衡空间矢量的概念，从而揭示了产生DCMLI电容电压不平衡的机理，认为只有舍去不平衡矢量，才能通过选择合适的 冗余开关状态使DCMLI电容电压达到平衡，仿真验证了结论的正确性。     

三电平逆变器中点电压平衡的电压空间矢量控制原理及算法

分析了三电平电压空间矢量调制基本原理，深入研究了影响三电平逆变器中点电压平衡的主要因素，由此提出一种控制箝位二极管电压型三电平逆变器中点电压平衡的电压空间矢量算法。理论分析和仿真实验结果表明，所提出的控制算法能有效平衡三电平逆变器中点电压。     

二极管钳位型多电平逆变器脉宽调制时电容电压均衡方法

电容电压不均衡是二极管钳位型多电平逆变器中一个关键技术问题。当三电平二极管钳位型逆变器采用SPWM和SVPWM的调制时,直流侧分压电容的电压产生基波频率为三倍输出频率的低频振荡。要使一个采样周期内电容电压不发生不均衡,需要使在该采样周期内向中点电荷注入的电荷总和为零。本文提出了一种新的调制策略,在三电平二极管钳位型调制策略中可以等效为虚拟矢量调制策略,但这种调制策略可以方便地扩展到更多电平二极管钳位型逆变器的调制中。通过向调制波注入零序电压分量,这种调制策略可以等效为基于载波的调制策略。文中以二极管钳位型三电平和五电平逆变器进行了仿真研究,最后建立了二极管三电平逆变器,实验结果验证了算法的有效性。     

二极管钳位型五电平逆变器电容电压平衡域研究

分析了二极管钳位型多电平逆变器在全负载范围内的电容电压平衡问题.首先在五电平逆变器数学模型的基础上对电容电压平衡规律进行分析;然后详细研究了逆变器开关切换规则与PWM控制策略,进一步提出采用目标函数最优的方法对可行开关序列寻优,实现电容电压平衡控制.仿真分析得出了全负载范围内的电容电压平衡域曲线.结果表明,在高功率因数和大调制比下电容电压很难达到动态平衡,五电平逆变器很难直接应用于全速度范围的中压交流调速领域.     

三电平逆变器电容电压柔性平衡控制策略

针对二极管箝位型三电平逆变器的电容电压平衡问题,分析了PWM载波通式中的若干自由度,提出了基于改变载波零偏的三电平逆变器电容电压控制策略,从矢量作用时间方面研究了该控制策略在典型区间内的作用原理,并将结论推广到全部区间.进一步从直流侧电容电压的波动特性和输出性能方面考虑,提出了改进的三电平柔性平衡控制策略,通过在电容电压反馈中引入低通滤波环节和在输出控制中引入电容电压前馈环节来实现.在二极管箝位型三电平逆变器实验平台上得到实验结果证明上述控制策略的有效性.     

一种消除中点电位低频振荡的三电平逆变器载波调制方法

提出了一种二极管箝位型(NPC)三电平逆变器载波调制方法,该方法能消除三电平逆变器直流侧中点电位低频振荡,适用于任意非线性负载情况。该方法从空间矢量脉宽调制方法和载波调制方法本质联系出发,通过向调制波中注入一定的零序电压分量,达到了与空间矢量脉宽调制同样的电压利用率。该方法将调制波分成2部分,分别与载波进行比较,来决定开关管的工作状态。对直流侧中点电位采用了闭环控制,通过检测直流侧电容电压的大小和三相负载电流的方向,对每相的2部分调制波进行适当的调节,从而调整流入或流出中点的电流的作用时间,有效地保证了系统运行过程中直流侧电容电压平衡。该方法简单易行,易于数字化实现。仿真结果验证了该方法的正确性和可行性。     

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。     

五电平逆变器直流侧电容电压的平衡与控制

多电平逆变器能产生多阶梯、低失真电压波形，特别适合于大功率高电压场合．而二极管箝位式多电平逆变器(DCMLI)因无需独立的直流电源来维持每级电压而备受人们青睐。然而，该逆变器存在直流侧电容电压的不平衡问题，因而还未能在有功功率变换中得到广泛应用。针对这一问题，本文提出一种电容电压动态平衡控制算法。该算法基于空间矢量脉宽调制法(SVPWM)，通过选取合适的冗余开关状态，控制电容电流，从而达到控制电容电压的平衡目的。仿真验证了该算法的有效性。     

基于快速空间矢量调制算法的多电平逆变器电容电压平衡问题研究

二极管箝位式多电平逆变器由于结构简单,输出波形质量高,可以降低器件耐压等级,在高压大功率场合备受关注。但其存在直流测电容电压平衡问题,另外电平数增多时,空间矢量调制算法也变得复杂而难以应用。该文介绍了一种基于60°坐标系的通用SVM快速算法,可迅速得到参考矢量的最近3个空间矢量及各其各自作用时间。通过总结的矢量分布规律,能够快速得出所有冗余矢量而无须查表。另外对矢量切换原则和输出顺序也进行了分析。在其基础上,提出了动态选择冗余矢量和动态选择矢量序列的方法,针对不同功率因数负载下的电容电压平衡进行了研究并得出了其适用范围。针对高功率因数负载时电容电压失衡的原因,该文从一般意义上进行了分析,并针对五电平逆变器提出了具体的解决方法。仿真结果验证了该文算法的正确性和有效性。     

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。     

五电平逆变器钳位电容平衡控制策略研究

为了避免中点钳位/H桥五电平逆变器拓扑结构中因直流母线上存在2个钳位电容而造成母线中点电位平衡控制较为复杂的问题,介绍了一种由单电容钳位的三电平拓扑与半桥组合形成的五电平逆变器拓扑。该五电平逆变器拓扑只需要保证一个钳位电容在每个三角载波周期内充、放电时间相等,即可实现钳位电容电压平衡控制。对此提出一种新型的SPWM控制策略,该策略采用方向相反的2个调制波对正、负半周期交错的三角载波进行调制,从而实现钳位电容充、放电平衡。以单相电容钳位五电平逆变器为例,对其拓扑结构和工作原理进行了详细分析,提出了钳位电容平衡控制策略,并通过仿真研究和实验结果验证了所提控制策略的正确性与可行性。     

二极管钳位型MMC电路的均压控制策略

为解决传统模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)均压系统中直流电压传感器较多、控制电路复杂的问题,将二极管钳位拓扑应用到MMC中,并提出了适用于该拓扑的电容电压均衡控制方法。该拓扑通过在各子模块电容正极加装钳位二极管,为直流电容提供单向钳位通路,从而实现MMC各桥臂子模块电容电压从上到下依次减小,简化了系统电路及其控制方法。最后,在MATLAB/SIMULINK平台上搭建了11电平二极管钳位型M M C拓扑仿真模型,结果表明该拓扑具有电容电压自排序功能,电容电压均衡效果良好。     

Line-to-line Voltage Space Vector Modulation for Neutral-point Clamped Multi-level Converter with DC-link Capacitor Voltage Balancing Using Redundant Vectors

This article presents space vector modulation of line-to-line voltage for the three-phase neutral-point clamped n-level converter with DC-link capacitor voltage balancing using redundant vectors. The developed modulation strategy is based on an equivalent matrix structure of the neutral-point clamped n-level converter. The relation between the 3 × (n – 1) switching functions of the matrix converter and gate signals of transistors of the neutral-point clamped n-level converter is given. A line-to-line space vector modulation strategy for a matrix inverter is used to obtain the switching function. For one switching function, there is more than one combination to produce each output voltage. Thus, redundancies of different switch configurations for generation of intermediate voltages are used to limit the deviation of capacitor voltages. The gate signals of the neutral-point clamped n-level converter can be calculated by inversing the modeling parts. Here, line-to-line voltage space vector modulation for a neutral-point clamped n-level converter is designed without using a Parks transform. Moreover, n × (n – 1) redundant vectors are used for DC bus voltage balancing. To highlight the performances of the developed modulation strategy, simulation results are given for five- and seven-level neutral-point clamped converters. Experimental results are given for a neutral-point clamped three-level converter.     

一种两桥臂三电平SAPF的研究

讨论了一种主电路采用两桥臂三电平电容箝位的并联型有源电力滤波器的拓扑结构,并介绍了其工作原理及控制策略.通过滞环电流比较控制可以实现补偿电流追踪指令电流并且使中点电压平衡,同时利用逆变器的冗余状态来补偿箝位电容电压,实现电容电压的动态平衡.基于MATLAB对有源电力滤波器进行了系统的仿真建模研究.结果表明,所研究的有源...     

有源中点箝位式(ANPC)五电平逆变器调制方法和飞跨电容电压控制策略研究

分析了ANPC型五电平逆变器开关状态和输出电平的关系,并提出单周期SPWM调制方法。该调制方法在一个开关周期内实现有效电平且包含飞跨电容充电、放电两个状态。针对控制飞跨电容电压的问题,提出了在调制策略中增加充电因子,通过检测飞跨电容电压和实时调节充电因子实现飞跨电容电压闭环可控。最后对单周期SPWM调制方法和飞跨电容电压控制策略进行了仿真和实验,验证了其正确性。     

Analysis and implementation of three-phase power quality compensator under the balanced and unbalanced load conditions

An active power filter with asymmetric inverter legs are presented to eliminate harmonics, compensate reactive power and draw the balanced line current from the AC source under balanced and unbalanced load conditions. Three inverter legs are used in the adopted voltage source inverter. In each leg, four active switches are adopted to achieve three-level pulse-width modulation (PWM). No clamped diode or flying capacitor is used in the proposed inverter. In the adopted control algorithm, a classical proportional-integral voltage controller and hysteresis current controller are used to maintain DC-link voltage constant and to track line current commands, respectively. A voltage compensator is added in the inner control loop to compensate the neutral point voltage variation due to load variation. Based on the proposed PWM control scheme, a three-level voltage pattern is generated on the AC terminal of the inverter. The system configuration and mathematical analysis are discussed in the paper. Finally, the experimental results based on a laboratory scaled down prototype are provided to verify the effectiveness of the control algorithm.