优化开关频率的六相永磁同步电机改进模型预测电流控制

为了改善六相永磁同步电机的控制性能及器件损耗,提出了一种优化开关频率的多矢量合成模型预测电流控制方式。利用基波与谐波子空间矢量作用特性合成虚拟电压矢量,降低谐波电流;针对合成矢量开关频率多变,对电压矢量组合等效替代优化;结合零矢量运用无差拍电流控制计算占空比,经脉冲宽度调制优化开关频率,易于实现。仿真结果表明该方法有效抑制了谐波电流,证明了优化开关频率的有效性及可行性。     

优化开关频率的六相永磁同步电机改进模型预测电流控制

为了改善六相永磁同步电机的控制性能及器件损耗,提出了一种优化开关频率的多矢量合成模型预测电流控制方式。利用基波与谐波子空间矢量作用特性合成虚拟电压矢量,降低谐波电流;针对合成矢量开关频率多变,对电压矢量组合等效替代优化;结合零矢量运用无差拍电流控制计算占空比,经脉冲宽度调制优化开关频率,易于实现。仿真结果表明该方法有效抑制了谐波电流,证明了优化开关频率的有效性及可行性。     

三电平逆变器电压均衡及损耗协同控制算法

采用空间矢量脉宽调制(SVPWM),提出一种能同时平衡逆变器中点电压和减低功率器件损耗的协同控制算法。通过合理选择七段调制和九段调制策略并采用闭环控制算法完成对中点电压的平衡控制:通过使开关不动作区域位于负载电流最大值处,以减少开关损耗;进而通过调节滞环宽带和广义零矢量系数,实现电压平衡和损耗的协同控制。实验证明协同控制算法能有效均衡中点电压并降低损耗。     

一种新颖两相调制SVPWM控制策略研究

针对传统空间电压矢量脉宽调制存在的问题,提出一种新颖空间电压矢量脉宽调制方案。在对传统SVPWM方案进行分析的基础上,采用两相调制方法,根据负载功率因数角选取各扇区内的零电压矢量。该策略使电流在过零时及电流最大时桥臂不换流,使得器件开关频率降低了1/3,且在电流过零时,避免了对该相的死区补偿。仿真及实验结果表明该优化SVPWM控制策略能有效改善电流波形,降低开关损耗,消除了传统方案需要检测电流方向的弊端,且算法简单,易于实现。     

有源钳位三电平变频器改进SVPWM策略

中点钳位(NPC)三电平变频器存在功率器件损耗不平衡问题,部分器件发热严重,限制了变频器容量和开关频率的提升,有源中点钳位(ANPC)三电平变频器通过不同的零电压输出状态可以平衡功率器件的损耗。通过选取不同的冗余零状态,提出一种适用于ANPC三电平变频器、可以平衡功率器件损耗的改进空间矢量调制(SVPWM)算法。对所提SVPWM算法和传统正弦矢量脉宽调制(SPWM)算法进行仿真对比,分析功率器件损耗分布情况,结果表明所提方法可以平衡功率器件的损耗,提高变频器的容量和开关频率。另外,和SPWM算法相比,采用SVPWM算法输出电压可以提高15%,电流谐波畸变率会有所降低,最后通过实验验证了所提算法的正确性。     

四象限变流器的空间矢量解耦控制

本文介绍一种新型的基于空间矢量调制的三相电压型四象限变流器解耦控制,给出了基于虚磁链的功率估算式,设计了功率调节器参数,对有功功率调节器和无功调节器之间的相互耦合影响关系做了分析,并做了仿真研究。研究和分析表明,三相电压型四象限变流器基于空间矢量调制的解耦控制系统具有结构和算法简单、高功率因数、低谐波、开关频率固定等优点。     

一种将共模电压抑制50%的间接矩阵变换器新型空间矢量调制方法

针对现有间接矩阵变换器(IMC)共模电压峰值抑制只能达到43%的问题,提出一种可以将共模电压(CMV)峰值抑制50%的新型空间矢量调制方法。首先研究了IMC各矢量下的CMV特性,在此基础上,新型调制方法根据输入电压所在的扇区选择最小CMV的零矢量和有效矢量,将有效矢量作用下的CMV峰值降低到0.29 V_in,零矢量作用下的CMV峰值降低到0.5 V_in,从而整体上抑制了CMV峰值。该新型调制方法利用IMC零电流矢量作用下的CMV与逆变级矢量无关的特性,解决了逆变级死区效应引起的共模尖峰问题,以及利用零电流矢量作用下的直流侧电压为0特性,逆变级实现了零电压开关(ZVS)。最后通过实验验证了新型调制方法的有效性。     

PSM功率控制大功率感应加热电源及应用

采用一种脉冲均匀密度调制（Pulse Symmetrical Modulation,简称PSM）功率控制逆变器和2SD315A集成驱动电路,设计出感应加热电源,该电源已用于汽车配件热处理.逆变器采用全桥串联谐振式逆变电路,具有逆变和功率调节两个功能.逆变器的开关管按照PSM的控制策略实现了功率控制.逆变器自动跟踪负载谐振频率,控制开关管在零电压开通和零电流关断,实现ZCS和ZVS软开关,大大减小了开关器件的功率损耗,逆变器的输出功率因数接近1,提高了整机的效率.     

用于级联型大功率变流器的多变量组合控制方案

提出一种用于级联型大功率变流器的多变量组合控制方案,综合利用非对称直流母线电压控制、移相控制和脉冲宽度调制(PWM)。与传统的非对称电平、阶梯波合成以及混合型调制控制方案相比,该控制方案能更好地消除输出电压的低次谐波,且全部功率器件均低频工作。本文分析了该控制方案下的输出电压谐波特性和各逆变模块功率分配。该控制方案简洁可靠,开关频率低,可用于现有典型的级联型结构变流器。基于混合非对称级联型拓扑并结合SPWM、SHEPWM调制策略的实验样机验证控制方案的可行性和低次谐波消除效果,仿真和实验结果表明理论分析的正确性。     

基于三矢量的并网逆变器模型预测直接功率控制

并网逆变器采用双矢量模型预测直接功率控制策略时,存在输出电压矢量覆盖范围受限、并网电流谐波含量高、功率脉动大的问题。对此,提出了一种基于三矢量的并网逆变器模型预测直接功率控制策略,通过构建αβ坐标系下预测功率模型,在每个控制周期进行2次电压矢量选择,用相邻2个非零电压矢量和1个零电压矢量合成出期望电压矢量,使输出电压矢量方向与幅值均可调,同时对有功功率和无功功率进行无差拍控制,有效改善并网电能质量及减小功率脉动,并通过空间矢量脉冲宽度调制使开关频率固定。仿真和实验结果表明,相比单、双矢量模型预测直接功率控制策略,所提方法并网电流谐波含量低、功率脉动小,具有良好的动稳态性能。     

开关损耗优化的级联型逆变器全区域空间矢量调制策略

利用错时采样技术将级联型逆变器的多电平空间矢量脉宽调制(SVPWM)简化为逆变器各层采样点相互错开,每个采样点仅需控制某层3个功率单元的分解三电平SVPWM调制;通过分析功率单元H桥电路的内在关系,本文从三电平短矢量的6种冗余开关形式中选出一种开关损耗最优的开关动作序列;推导出逆变器正常运行状况下的线性调制策略,以及故障运行状况下维持输出基波电压不变的三电平过调制策略;最后利用傅里叶级数推算出线性调制和过调制区域内输出基波和谐波电压幅值的计算公式。通过样机实验表明,本文提出的调制策略在保证开关损耗最优的前提下,不仅可以应用于线性调制区域,而且也可以应用于过调制区域,同时两个区域内都能保证基波电压的幅值随调制比成线性输出关系。在功率单元直流电压下降或部分功率单元故障旁路时,使用过调制策略可以使系统从线性工作状态平稳过渡到六阶梯波状态,直至六阶梯波时输出最大值;同时,相应过调制算法易于软件实现,是一种适用于级联型逆变器的全区域调制方法。     

双级矩阵变换器的过调制策略

针对双级矩阵变换器常规调制策略电压传输比低的问题,在不改变双级矩阵变换器拓扑结构的前提下,该文提出了一种可以提高电压传输比的双级矩阵变换器调制策略。该调制策略将双级矩阵变换器分为两级控制：整流级采用常规电流空间矢量合成法;逆变级根据电压传输比的不同要求将电压空间矢量调制区域分为线性调制区和过调制区。根据过调制程度要求的不同,又将过调制区域分为过调制区域Ⅰ和过调制区域Ⅱ,各个区域分别采用不同的调制模式控制逆变级的输出。论文从理论上分析了过调制策略的原理。仿真和实验结果表明, 双级矩阵变换器过调制时输出电压基波可以精确控制,谐波畸变率比较小,输入输出电流波形质量好。     

Phase-shifted Discontinuous Pulse-Width Modulation Methods for Multi-level Inverters Operated in Over-modulation Range

This article presents combinations of the generic phase-shifted pulse-width modulation method with conventional discontinuous pulse-width modulation methods operated in the over-modulation range. The treated discontinuous methods are the third harmonic injection, Depenbrock's DPWM1, and Ogasawara's DPWM2. The significant advantage of the present approach over the conventional phase disposition pulse-width modulation method is the equal power flow between the H-bridges and the improved distribution of the switching operations number between them. Furthermore, they provide improved linearity in the over-modulation range. The proposed pulse-width modulation methods are analyzed by extensive simulation results. Several aspects, such as the total harmonic distortion factor of the inverter output currents and voltages, harmonic content, frequency spectrum distribution, and switchings number, are studied.     

Balancing Switching Losses in Three-phase,Five-level Pulse-width Modulation Switched Voltage Source Inverter Using Hybrid Modulation Techniques

This article proposes a new switching strategy for a three-phase, five-level switched voltage source inverter. The single-carrier, multi-level pulse-width modulation (PWM) scheme is employed to generate gating signals for the power switches. The proposed modulation scheme is hybridized to enable the output voltage of the inverter configuration, inheriting the features of switching-loss reduction from fundamental PWM and good harmonic performance from multiple sinusoidal PWM. A sequential switching scheme is embedded with the already-employed hybrid modulation to overcome unequal switching losses and, therefore, differential heating among the power devices. Operational principles with switching functions are given. For an R-L load, Fast Fourier Transform (FFT) analyses of the output voltage waveforms were carried out, and the corresponding total harmonic distortion value of 26.09% was obtained. To verify the performance of the proposed modulation scheme, simulations and experiments are conducted on a 1.2-kW rated prototype of the inverter; adequate results are presented.     

复合控制单相直流侧串联型有源电力滤波器

单相直流侧串联型有源电力滤波器由分别工作在高、低频率的全控型功率器件以及二极管构成的混合全桥逆变器组成,串联在整流桥的直流输出端和直流负载之间,只需处理部分功率,可实现降压的功能,是一种新型的单相整流桥谐波治理方案。将平均电流控制应用于直流侧串联型有源电力滤波器的控制将有助于其实现数字控制。文中首先分析了直接应用平均电流控制时控制效果差的原因:由于在低频开关的切换点前后,高频开关的占空比需要实现0、1的跳变,而当采用单一的调制方式时,调制信号不能产生与占空比相对应的波形变化,引起了输入电流的波形畸变。文中提出了一种在不同的工作区间分别采用前沿调制和后沿调制相结合的复合控制策略,避免了对调制信号的突变要求,但可实现占空比的跳变,成功地将平均电流控制应用于单相直流侧串联型有源电力滤波器的控制,可大幅提高输入电流波形质量。实验结果对文中的分析结论和提出的复合控制方式的正确性进行了验证。     

准Z源级联多电平光伏并网逆变器3次谐波补偿策略

光伏组件遮挡、老化等问题会使单相准Z源级联多电平逆变器单元间功率不平衡,严重时功率较大的单元会过调制,导致并网电流畸变甚至影响系统稳定。针对此问题,对单相准Z源级联多电平逆变器进行模型分析,阐述了过调制机理和最优3次谐波注入原理。在此基础上,提出一种优化的3次谐波补偿控制策略。该方法不仅能保证系统最大功率输出和单元间直流母线电压平衡,而且能根据拟合曲线选择出最优的3次谐波补偿系数,扩大逆变器运行范围,确保严重功率不平衡时所有单元都不过调制,抑制并网电流畸变效果明显。仿真和实验结果均验证了所提控制策略的有效性。     

分布式电源并网系统控制策略的研究

滞环电流控制方法以其动态响应速度快,电路跟踪性能好的优点而获得了广泛的应用和发展。从降低开关频率和改善系统输入电流谐波总畸变率(Total Harmonic Distortion,简称THD)的角度出发,研究并设计了一种具有倍频效果的改进三态正弦电流滞环宽度的控制方法,有效地减少了开关管的功率损耗;降低了并网逆变器系统的THD。根据实验结果的分析,以及与传统固定滞环电流控制方法相比较,在相同电路参数和控制参数的条件下,应用改进三态正弦电流滞环宽度控制方法,可减小功率开关管的损耗,降低脉宽调制(PWM)逆变器系统中的THD,从而有利于提高并网系统的稳定性和运行效率。     

A Cascaded Multi-level Inverter Topology with Improved Modulation Scheme

This article proposes a single-phase, cascaded multilevel inverter topology. Each of the cascaded unit cells is made up of a main inverting H-bridge leg and a level-clamping half-bridge circuit. The single-carrier, multilevel pulse-width modulation scheme is employed to generate gating signals fort he power switches. The modulation scheme is hybridized to enable the output voltage of the proposed inverter configuration, inherit the features of switching-loss reduction from fundamental pulse-width modulation, and good harmonic performance from multiple sinusoidal pulse-width modulation. A sequential switching scheme is embedded with the already employed hybrid modulation to overcome unequal switching losses among the power devices. A simple base pulse-width modulation circulation scheme is also introduced in this work to get resultant sequential switching hybrid pulse-width modulation circulation that balances power dissipation among the power modules. The proposed inverter configuration was subjected to a resistor-inductor load, and the respective numbers of output voltage level were synthesized. Fast Fourier transform (FFT) analyses of the output voltage waveforms were carried out. Analysis of the conduction power losses in the power semiconductor switches of the proposed inverter topology is given. Simulations and experiments are carried out on a 3.07-kW rated prototype of the proposed inverter for a resistor-inductor load.     

风电变流器改进型断续脉宽调制策略

大功率风力发电变流器中,存在开关损耗和电流总谐波失真THD(total harmonic distortion)难以均衡的矛盾。如何优化调制方式,以提高系统效率,减小电流谐波,是大功率风电变流系统的核心技术之一。针对风电变流器宽频率、宽电压运行范围的特点,分析直驱风电变流器采用断续脉宽调制策略下的损耗和谐波性能,发现不同工况下主要关注指标不同,轻载时电能质量恶劣、开关损耗低,而重载时开关损耗严重、电能质量好;但是常用调制方式很难兼顾。为解决该问题,提出一种适用于永磁同步机直驱风电变流器的新型断续脉宽调制策略,该调制策略对开关损耗和THD的优化特性随变流器工作范围变化,实现不同工况下主要关注指标的优化。最后通过实验平台验证了该方案在重载时减小开关损耗,在轻载时降低电流谐波的有效性。     

Space vector PWM for a two-phase VSI

This paper proposes space vector pulse width modulation (SVPWM) technique to control a two-phase full bridge voltage source inverter (VSI) having reduced number of static switches with higher phase voltage output. SVPWM gives higher fundamental component amplitude, provides more efficient use of DC supply voltage and generates less harmonic distortion in the output voltages and currents than other pulse width modulation (PWM) techniques. Between asymmetric and symmetric SVPWM only symmetric one is considered so that the harmonic contents are minimized and two different timing sequences and corresponding switching states are proposed. For the implementation three level switching patterns are determined by using software. For real time application these theoretically determined switching signals for the six power transistors are generated by a digital signal processor (DSP) kit and finally the two-phase output voltages are applied to load. The experimental results are found good and in agreement with the theoretical results. Mathematical analysis along with theoretical and experimental performance of the proposed inverter are presented. Total harmonic distortion (THD) and distortion factor (DF) show that the output voltage quality is good enough to apply in any type of practical two-phase load.