四桥臂微网逆变器高性能并网H-∞控制研究

微网三相逆变器输出电压波形受电网畸变电压、负载谐波电流和直流侧电压中点平衡的共同作用,为使直流侧电压中点维持稳定,并使输出电压波形跟踪参考电压,针对一种四桥臂逆变器结构进行建模,采用H-∞控制策略构造高带宽鲁棒控制器对中线桥臂和三相桥臂进行统一控制。仿真和实验表明,在较大中线电流和电网电压畸变情况下,中线桥臂能够控制中点输入和输出电流近似相等,三相桥臂能够使输出电压维持较低的谐波畸变率,提升微网供电质量。     

三相三线制模块化多电平换流器的对称稳态分析及解耦控制

通过对三相三线制模块化多电平换流器(MMC)进行数学建模,得到其网侧电流、环流、直流侧中点电位3个关键电气参量与桥臂电压不同分量之间的对应关系,并在对称稳态下分析了上述电气量所包含的谐波特征分量,提出了MMC网侧电流、环流交流分量和直流侧中点电位的解耦控制方法。仿真结果表明,提出的控制方法简单有效,可实现对网侧电流、环流交流分量和直流侧中点电位的解耦控制;各桥臂电气量保持对称,MMC可保持长期平稳运行。     

三电平NPC型逆变器中点电位稳压器的设计

研究了基于载波并结合一个闭环控制器控制的三相三电平NPC型逆变器(又称二极管钳位型逆变器),中点电位稳压器的设计和仿真。利用一种连续可变的偏移电压可以调节直流母线上的中点电位,修正直流侧存在的中点电位波动。该稳压器从直流侧和交流侧两个方面考虑,均引入PI调节器,并结合偏移电压模块来达到控制中点电位(NPP)的目的。对此方法进行了Matlab/Simulink仿真,仿真结果验证了中点电位波动在一定程度上得到了有效的控制。     

不对称Z源逆变器的中点电位控制方法

针对不对称三电平4桥臂Z源逆变器拓扑结构,通过分析直流侧中点电位偏移问题,特别是不对称三电平拓扑结构的逆变器在进行空间矢量调制时因开关矢量缺失,无法通过冗余矢量进行中点电位控制的问题,根据Z源特有的上、下直通状态对中点电位的影响,并结合比例积分控制,提出了一种中点电位平衡控制策略,通过控制Z源上、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。仿真验证了该方法的可行性和有效性。     

双极性直流系统三电平四桥臂整流器

三电平整流器把交流转化为直流,可用于双极性直流系统供电,但是在直流侧正负极母线负载严重不均衡的情况下,会引起两极母线电压偏差甚至失控.在此针对三电平整流器直流侧不平衡负载工况下,直流正负极电压母线偏差问题,通过在三相三桥臂基础上增加第4桥臂,用于对中点电位进行调节,并给出调制和控制方法.实验结果表明,所提的控制策略可以保证三相四桥臂整流器正常工作,满足直流负载全范围不平衡条件下稳定运行要求.     

消除偶次谐波的三电平SVPWM调制方法及其实现

传统SVPWM方法所产生的电压谐波既有偶次分量又有奇次分量,本文分析了偶次谐波的产生机制与原因,提出了以A型开关顺序与B型开关顺序相互配合的消除偶次谐波的改进型开关顺序方案.中点电位不平衡是三电平逆变器的-个固有问题.本文对此进行了详细探讨,并提出了一种基于中点电流方向和直流侧电容电压的中点电位平衡控制方法.该方法通过调整平衡控制因子以达到较准确地控制中点电位的平衡.仿真分析验证了本文所提出的控制算法的正确性和有效性.     

基于多物理场耦合的并网逆变器容错控制研究

容错技术是多电平并网逆变器系统可靠运行的关键。针对桥臂故障此处提出了一种三电平混合FC+T型逆变器硬件容错结构,并提出一种应用于混合结构的多目标优化模型预测容错控制方法。该控制方法能够有效减小直流侧中点电压波动,并通过基于多物理场的协同仿真分析方法验证了该容错结构和控制策略的有效性。实验结果表明,重构后的三电平混合FC+T型逆变器在实现低谐波和中性点电位平衡控制的同时,功率损耗和结温也低于故障前的T型桥臂,实现了稳定容错运行。     

低开关频率下三电平逆变器的中点电位控制

为减少大功率变换器功耗,需降低器件开关频率,但将造成输出侧电流谐波含量显著增加,影响三电平逆变器中点电位控制精度。为解决这一问题,以二极管箝位型三电平逆变器为对象,在分析低开关频率对中点电位影响的基础上,明确了三电平逆变器低开关频率分段调制的理论分界点。针对低调制度区域所采用的常规SVPWM算法,提出了一种基于桥臂优化选取的中点电位控制方法,该方法只需判断中点电位差,无需引入输出侧电流,从而避免了低开关频率下电流畸变严重对电流极性的影响,有效保证了中点电位平衡。仿真及实验验证了该中点控制方案在开关频率500 Hz时,仍能保持较好的中点电位误差在1%Vdc之内。     

三电平APF谐波电流及中点电位平衡控制

针对三电平有源电力滤波器,提出一种基于带柔化输入的模型预测控制方法用于谐波补偿。同时,为避免直流侧中点电位的波动和偏移问题给系统稳定性带来的不利影响,采用基于平衡因子和简化SVPWM算法的中点电位平衡控制策略。模型预测控制方法根据实际有源电力滤波器控制系统设计电流预测模型,同时将预测输出与实际输出的偏差及时反馈,结合滚动优化,使有源电力滤波器的补偿电流快速跟踪参考值。直流侧母线电压控制采用简化三电平SVPWM算法,简化了算法同时保证了中点电位平衡。建立了APF预测电流控制的等效模型,并进行了仿真验证。所提方法有效柔化电流输入从而减小超调,较传统预测控制方法更为稳定,减少了谐波含量和改善了补偿精度,并保证了直流母线电压的稳定和中点电位快速平衡。仿真结果验证了所提控制策略的有效性与可行性。     

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。     

基于T型三电平拓扑的新型电能质量补偿器

针对三相四线制配电系统,提出一种基于T型中点箝位型三电平逆变器技术的新型电能质量补偿器拓扑,并简要介绍了新型电能质量补偿器的工作原理。详细分析了新型电能质量补偿器逆变器直流侧电压波动的成因,以及采用传统三维空间矢量脉宽调制(3D-SVPWM)算法时系统侧出现不平衡电流和谐波分量的根本原因,并提出改进调制算法来解决该问题,即通过分别处理直流侧正、负极电压调制比,并按比例分配补偿时间进行中点平衡控制。在MATLAB/Simulink平台上的仿真结果表明,所提改进调制算法通过简单的控制策略,可同时实现无功补偿、谐波抑制及不平衡治理,且补偿效果良好。     

一种具有中点平衡功能的三电平异步电机直接转矩控制方法

对三电平逆变器供电异步电机直接转矩控制(DTC)系统进行了研究。以固定合成矢量为基础，提出了一种三电平异步电机DTC控制方法，并使用基于三相输出电流方向及中点不平衡方向检测的中点平衡Bang-Bang控制方法来控制中点电位平衡。使用文中的DTC方法，可以抑制三电平直流侧中点不平衡，限制输出电压dv/dt，减小开关损耗，同时获得良好的电机调速特性。实验结果证明了该控制方法的可行性。     

提高异步电机调速系统的可靠性和EMC性能的研究

本文提出了一种应用于异步电机调速系统的基于三相四桥臂结构的逆变策略,它既改善了系统的EMC性能又提高了其可靠性。在这个策略中,如果系统正常工作,第四桥臂可以平衡逆变器的输出电压,从而降低系统的共模电压。在这个过程中使用本文提出的状态交换策略不仅突破了以往SPWM调制指数必须在0.66以下的限定,避免了直流电压利用率低下的问题,而且优化了系统的差模输出,将总的谐波失真度降到最低。如果系统的一个逆变桥发生故障,第四桥臂可以作为冗余桥臂代替故障桥臂的工作。采用暂时开环控制可以使桥臂切换平稳,降低切换过程中出现的过冲电流。这样系统可以不间断地容错运行,整体的可靠性得到显著改善。该策略的有效性通过仿真和实验得到了证实     

基于载波SPWM与SVPWM混合控制的三电平逆变器中点电位平衡策略

针对空间矢量脉宽调制SVPWM(space vector pulse width modulation)在功率因数较低的情况下,失去对钳位型三电平逆变器直流母线中点电位的控制效果的问题。通过研究载波正弦脉宽调制SPWM(sinusoidal pulse width modulation)与SVPWM的本质联系,将从SVPWM调制原理出发,推导出控制中点电位所需的零序分量,构造相应的调制波,通过载波SPWM法抑制中点电位波动,从而提出一种基于载波SPWM与SVPWM混合控制的中点电位平衡策略。最后仿真结果验证了这种混合控制策略可以有效地抑制中点电位漂移。     

一种具有中点电位平衡功能的三电平空间矢量调制方法及其实现

基于冗余电压矢量的不同处理,提出一种三电平空间电压矢量调制模式这种调制模式较之常见的八段对称式SVPWM具有明显的谐波和控制优势。为解决三电平逆变器中点波动问题,基于这种调制方法提出了一种新的中点电压平衡控制方法,推导了分配因子计算公式,这种方法只需直流电容电压和负载三相电流的信息,通过调整小矢量对的时间分配因子实现对中点电流的精确控制。控制算法简便易行,有利于计算机数字化实现。所提出控制方法的有效性通过仿真和实验研究得到了证实。     

一种变载波偏置的三电平中点电压平衡控制

提出了一种基于变载波偏置空间矢量脉宽调制(SVPWM)的三电平逆变器中点电压平衡控制方法。该方法根据中点电压偏移方向,在载波上叠加相应的偏置量,从而改变正负小矢量作用时间,达到调节中点电压平衡的目的。论文对中点电压不平衡的数学关系进行了分析,并在分析了空间矢量对中点电压影响的基础上对本文提出的中点电压平衡控制方法的原理进行了理论推导。最后通过仿真验证了该方法的可行性和有效性。仿真结果表明,该方法不仅能够实现中点电压平衡控制,而且改善了输出波形质量,减小了输出谐波。该控制方法运算简单、能够灵活调节中点电压平衡,且便于数字化实现。     

具有中点电位非对称控制的VSVPWM技术

在降低NPC式三电平逆变器中点电位波动问题时,传统的VSVPWM算法未考虑直流侧电容电压非对称情况。为此,需从理论上探讨对称时的虚拟矢量形式是否适用于非对称状态下的各虚拟矢量。提出了具有中点电位非对称控制的VSVPWM技术,并在引入中点电位不平衡度的基础上通过改进零矢量的持续作用时间实现直流侧电容电压非对称控制。该方法具有较宽的调制比适用范围,并能够精确地控制直流侧电容电压,提高线电压质量,有效降低中点电位波动幅度。仿真和实验结果验证了该方法的有效性和优越性。     

基于虚拟空间矢量的三电平NPC逆变器中点电压平衡控制方法

针对三电平中点钳位逆变器在不同的负载条件下,传统的最近三矢量合成方法中点电压存在不能平衡的区域,利用基于虚拟空间矢量的调制方法,当输出三相电流之和为零时,能实现对中点电压的完全控制.为了在扇区切换时输出矢量平稳过渡,提出了在每个大区内全部采用相同首发正小矢量或负小矢量的方法.构建了三电平中点钳位型逆变器实验平台,对基于虚拟空间矢量的三电平NPC逆变器中点电压平衡控制方法的有效性进行了验证.     

基于空间矢量调制的非隔离型V2G系统共模电流抑制

从系统高频共模等效模型入手,分析确定产生共模电流的激励源;改进传统抑制共模电压空间矢量调制(SVM)算法,优化三相三电平车网互动(V2G)开关状态转换次序,形成五段式去冗余SVM算法,有效抑制共模电压,但三相三电平V2G中点电位不平衡会对共模电压产生影响,限制了共模电流抑制效果。提出了从控制算法和拓扑改进2条途径分别实现中点电位平衡的控制方法。采用控制算法途径时,引入虚拟空间矢量调制(NTV2),剔除输出共模电压幅值较大的冗余小矢量,保证了共模电流抑制效果;重新定义虚拟小矢量和虚拟中矢量,在新型虚拟矢量空间下,提出分区域的混合调制策略,使其开关频率固定,通过控制开关周期内的平均中线电流为零实现中点电位平衡。采用拓扑改进途径时,调制方式仍采用上述五段式去冗余算法,以抑制共模电流;在直流母线处引入H桥平衡电路(或与之等效的单桥平衡电路),根据中点电位的偏移方向,选择平衡电路工作模式来调整直流母线电容所带电荷量,从而抑制中点电位的偏移,并可设置电压误差滞环,进一步增强了该方法的普适性和鲁棒性。仿真实验验证了理论分析和2套协同控制策略的正确性。     

三电平逆变器中点电位平衡的研究概述

论述了中点钳位型三电平逆变器中点电位波动的成因及危害,分析概括了目前主要的中点电位平衡控制策略,并重点叙述了一种简单的基于三相正弦脉宽调制（SPWM）控制策略的中点电位的控制方法。经过综合分析,合理采用各种控制方法,可以得到满意的效果。