级联型多电平逆变器的功率均衡控制策略

该文针对级联型多电平逆变器的几种调制方法，包括阶梯波调制法、特定谐波消除脉宽调制法和载波空间排列SPWM法，提出了一种新的功率均衡控制策略。该策略利用级联型多电平逆变器相电压冗余的特点，通过以1/4输出周期为单位互换各个H桥单元的输出电压波形，实现了各个H桥单元在一个输出周期内的功率均衡。与现有的功率均衡策略相比，新的策略可以在一个输出周期内达到功率均衡，并具有控制简单，H桥单元功率波动小的优点，同时满足对效率和波形的要求。该文以三单元七电平级联型逆变器为例，对上述功率均衡控制策略进行了理论分析和仿真验证。     

级联型NPC-HB多电平逆变器功率均衡控制策略研究

针对级联型中点钳位全桥(neutral point clamped H-bridge,NPC-HB)多电平逆变器模块间存在功率不均衡的问题,通过详细分析传统基于载波层叠调制策略下模块输出功率与输出电压基波有效值之间的定量关系,提出一种改进型混合调制策略。该策略将载波层叠和移相相结合,不仅能够保证各个模块输出功率的均衡,而且可提高输出电压的等效开关频率,进而有效地降低输出滤波器的体积和成本。文中对模块间功率分布情况以及模块内部各个器件损耗分布情况进行分析,并搭建含两个级联NPC-HB九电平模块的实验样机。实验结果表明该调制策略能够有效解决级联系统中各功率模块之间的功率均衡问题。     

级联多电平逆变器功率均衡控制策略研究

针对级联型多电平逆变器(CMI)特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)存在的功率均衡问题,提出了一种新型功率均衡控制策略。该策略利用CMI相电压冗余的特点,对消谐方程组中基波幅值方程表达式进行等效拆分,从而保证每相中各个串联H桥单元输出基波幅值相等且1/4周期对称的电压波形,实现各个串联H桥单元在一个输出周期内的功率均衡。以两单元五电平级联逆变器为例,对上述功率均衡控制策略进行了理论分析和仿真验证。实验结果验证了该均衡策略的可行性。     

级联型逆变器载波循环功率均衡控制方法及比较

在级联H桥型逆变器中,载波同相层叠(PD)调制策略虽然输出线电压具有最优的谐波特性,但无法实现级联单元间输出功率均衡。针对这个问题,提出两种基于PD调制策略的载波循环功率均衡控制方法,所提方法在改进型PD调制策略的基础上,通过对载波进行周期性的循环移动,可以有效实现级联单元间的功率均衡控制,且保留了PD调制策略下逆变器输出电压谐波特性最优的特点。以三单元级联H桥逆变器为例,首先对改进型PD调制策略下级联单元输出功率特性进行数学推导;其次分析两种所提功率均衡控制方法实现机理并对其特性进行比较,揭示两种功率均衡控制方法的优缺点以及适用场合。最后通过仿真和实验结果验证了理论分析的正确性与所提方法的可行性。     

阶梯波合成级联型多电平逆变器功率均衡策略

首先指出在波形质量要求相同的条件下,III型级联多电平逆变器所需级联单元个数最少。接着讨论了3种级联多电平逆变器功率均衡问题,指出I型级联单元数低于7时,宜采用循环脉冲实现功率均衡,高于7时,宜采用调整开关角的方式实现功率均衡;II型级联多电平逆变器只能通过调整开关角实现功率均衡,由于开关组合方式冗余,II型存在多组功率均衡方程组,而通过计算发现,2单元III型级联多电平逆变器无法实现功率均衡。最后通过一台单相容量为2 kVA的原理样机对3单元II型级联多电平逆变器的均衡策略进行了实验验证。     

混合级联型多电平逆变器共模电压优化方法

为研究混合级联型多电平逆变器共模电压的优化,提出了一种多电平逆变器的共模电压优化方法.通过分析混合级联型多电平逆变器输出电压矢量在α'-β'坐标系中的分布规律,重新定义了不同高低电压和频率的基本矢量.在基本矢量区域划分为几类不同的特征多边形和在优先选择高电压-低频率基本矢量点的前提下,获取由3个基本矢量点合成的参考矢量值,并计算3个基本矢量的持续作用时间.为验证本优化方法的正确性,在二级七电平混合级联多电平逆变器(两单元直流侧电压比为1:2)仿真模型及实验平台上对算法进行了验证.仿真和实验结果表明:逆变器输出的共模电压幅值可限制在单位直流侧电压内,对共模电压的抑制作用较明显.     

级联五开关H桥多电平逆变器功率均衡控制方法

为了提高逆变器的电压和功率等级,提出了一种级联五开关H桥多电平逆变器拓扑结构的功率均衡控制方法。该方法采用了同相交错层叠锯齿载波移相调制,综合了同相层叠锯齿载波调制良好的消谐特性以及载波移相调制各个单元功率分配均衡的优点,使级联五开关H桥多电平逆变器拓扑结构中各个功率单元不仅可以输出五电平,保持良好的消谐特性,而且可以在一个输出周期内实现功率均衡。以3个功率单元为例,进行了仿真实验。实验结果验证了该拓扑结构及其控制方法的可行性与优越性。     

混合级联十三电平逆变器的调制优化及功率均衡方法

多单元混合级联多电平逆变器能够使用较少的开关器件实现较多的电平数输出,因此获得了广泛的应用,但其低压单元在传统的载波移幅调制下存在级联单元间功率不均衡的问题。针对上述问题,对直流电压比为1:1:1:3的混合级联十三电平逆变器提出了一类阶梯波和载波移幅调制共同协作的混合调制策略,在该调制策略下高压单元工作在低频状态,低压单元工作在高频状态。对低压单元的调制波进行优化以减少三角载波的数量,同时通过重构载波移幅调制策略的三角载波,有效地实现了低压单元间的功率自均衡。最后通过仿真和实验证明了所提调制优化和功率均衡方案的可行性。     

并联型级联多电平逆变器直流电容电压控制方法

对电容独立的并联型H桥级联多电平逆变器电压内外环加电流环的3环控制方法进行研究,重点研究电压环的控制,即直流侧电容电压的平衡稳定控制策略,提出了将误差量化为正弦函数叠加于各H桥调制波上的电压移相控制方法,在跟踪输出补偿电流的同时,实现了直流侧电容电压的平衡与稳定控制。仿真实验结果表明:采用该控制策略,各H桥的直流电容电压稳定,各桥之间直流电压平衡,并联装置补偿效果良好。     

级联型逆变器输出电平的研究

传统级联型逆变器的每个级联逆变单元通常是完全一样的,这样会限制输出电平的数目。本文提出在级联单元数不变的情况下,通过改变每个级联单元输入电压之间的变比,得到更多的输出电平,使输出电压波形更接近于正弦波。本文介绍了电流SPWM控制方法,对其在不同输出电平时的控制规则进行了描述,并对该控制技术进行了频谱分析。实验结果证明,该方案是正确可行的。     

电容钳位H桥级联多电平逆变器功率均衡控制方法

针对电容钳位H桥级联多电平逆变器载波层叠SPWM调制方法中存在功率不均衡的问题,对该逆变器各个级联单元的有功功率输出进行理论分析,提出了一种改进载波层叠方式的功率均衡控制方法。该方法在不影响逆变器输出电压波形质量的前提下,通过保证该逆变器各个单元输出电压波形的基波幅值相等的方式,可以在一个输出周期内实现各个级联单元的输出功率均衡。以两单元电容钳位H桥级联多电平逆变器为例,进行了仿真分析和对比研究,详细给出了改进功率均衡控制法与传统控制方法下输出电压谐波失真(total harmonic distortion,THD)和输出功率的对比曲线,以及两种方法下逆变器输出的电压波形及其频谱图,结果验证了该控制方法的可行性与优越性。     

级联多电平逆变器最优SPWM控制策略及其功率均衡方法

基于双傅里叶分析方法研究了应用于多电平逆变器现有的几种SPWM控制策略,比较得出输出线电压谐波最优的控制策略.针对级联多电平逆变器要求各单元均分负载功率,对最优SPWM控制策略进行了改进,改进后的最优SPWM控制策略在不影响输出电压的波形质量的同时保证了功率均衡,仿真分析和实验结果证明了理论分析的正确性.     

级联型多电平逆变器中的谐波控制

级联型多电平逆变器中,逆变器模块单元数越多,输出波形质量越好,但模块数的增加也同时意味着成本的增加.本文分析了最小模块单元数级联型多电平逆变器在高频应用中的谐波控制问题.通过求解器件开关角方程,给出了模块电源电压比值不同时开关角的选择范围及输出电压基波幅值的调节范围,并依据输出电压谐波畸变率与基波幅值关系,总结了模块电源电压比值的选择原则.仿真与实验结果证明了理论研究的正确性与可行性.     

基于半周期输出脉冲循环的级联型逆变器输出均衡控制策略

级联H桥型逆变器因器件数量少、易于模块化、控制自由度高等优点,得到了普遍应用。但在传统多电平调制策略下,无法实现级联单元间功率均衡与逆变器输出线电压谐波特性最优的协调控制,输出功率不均衡或输出电压谐波特性较差时会直接影响逆变器输出电压波形质量。为此,该文以载波层叠调制技术为基础,提出一种基于1/2输出周期脉冲循环的功率均衡控制策略,揭示功率均衡条件下的载波分布普遍规律,并将其推广应用至n单元级联拓扑。所提策略在保证逆变器输出电压具有相对最优谐波特性的同时,能够实现单元间的功率均衡控制,消除了功率不均衡的不利影响。仿真和实验结果验证了所提控制策略的有效性。     

级联型多电平逆变器THD最小控制

以最少模块数级联型多电平逆变器为研究对象,在分析其输出波形特性的基础上,得出了模块功率器件开关角与逆变器输出电压总谐波畸变率THD的关系,进而提出了控制器件开关角以实现级联型多电平逆变器最小THD控制的策略,并利用求解带不等式约束的最优化方法得到了最小THD控制角。将该控制策略与高频调制策略进行了比较,比较结果说明,采用该策略可明显降低输出电压的总谐波畸变率,且有利于级联型多电平逆变器的高频应用。以工作频率为100kHz的多电平逆变器为例,通过仿真和实验验证了该方案在高频应用的可行性。     

阶梯波合成Ⅱ型混合级联多电平逆变器的功率均衡策略

揭示了混合级联多电平逆变器实现功率均衡所需满足的条件:各单元输入平均功率应与其对应输入电压成正比.提出了可以实现功率均衡的改进型阶梯波合成控制,并对所提均衡策略进行讨论,指出其突出优点是:无论级联单元个数多少,逆变器实现功率均衡所需的时间仅为一个输出周期,但逆变器输出电压波形质量会受到一定的影响.最后将该均衡策略推广至一般形式.实验结果验证了该均衡策略的可行性.     

级联型多电平逆变器的空间矢量控制

针对级联型多电平逆变器,提出了一种高性能的空间矢量控制方法。这种方法基于空间矢量理论确定与参考电压矢量误差最小的电压矢量,它能够在接近基频的开关频率下输出接近正弦波的电压。仿真结果证实了空间矢量控制所具有的一系列显著优点。     

半桥级联型多电平逆变器的控制

对一种半桥级联型多电平逆变器,分析了A/D转换、连续SPWM和循环脉冲SPWM等3种PWM控制方式,以及其波形产生方法,计算了各种控制方式的电源功率分配比。对于电压等级不太高的电压型电力开关器件逆变,可用逐级自举的方法,用很少的驱动电源就能满足主电路的驱动。相比传统H桥级联型多电平逆变器,简化了主电路和驱动电路。通过实验验证了该控制和方法是可行的。     

CHB多电平逆变器PWM调制优化及功率均衡控制策略

针对级联H桥(cascaded H-bridge,CHB)多电平逆变器载波空间层叠(carrier disposition,CD)调制策略下,各级联H桥单元输出功率不均衡以及载波移相调制(carrier phase shift pulse width modulation,CPS-PWM)策略下输出线电压总谐波含量(total harmonic distortion,THD)较高的问题,提出了一种基于功率均衡的混合多载波脉宽调制策略。该策略以载波同相层叠调制(in-phase disposition pulse width modulation,IPD-PWM)策略中的一个载波周期段为基本单元,通过周期性的循环改变三角载波在垂直方向的排列方式,从而实现和CPS-PWM策略一样在全调制比范围内各H桥单元的功率均衡;又能在不改变IPD-PWM输出电压波形的条件下,保证输出电压的谐波频谱与采用IPD-PWM策略时完全一致,有效地改善了逆变器输出线电压的谐波性能;从而解决了各级联单元输出功率不均衡和线电压THD较高的问题。最后通过仿真和实验结果验证了该策略的正确性。