直流侧电压高二次纹波率条件下的单相逆变器谐波削弱调制

传统的单极性与双极性单相逆变调制方法的推演是基于直流母线电压为理想恒定直流量的前提。在实际的单相系统中,交直流功率的耦合使得单相逆变器直流母线电压含大量二倍交流电压频率的纹波分量。若采取传统逆变调制,二次纹波分量又使得交流输出侧的三次谐波含量增加,影响交流输出侧的电能质量。文中采用双重傅里叶变换从理论上对输出电压的谐波特性进行评估,从而提出了一种在直流侧电压高二次纹波率条件下的单相逆变器谐波削弱调制方法。利用基于三阶广义积分器的增强型锁相环提取直流母线上的二次纹波分量,并通过在逆变调制系数中注入相反二次分量的方法,达到削弱输出侧三次谐波,降低交流总谐波畸变率的目的。最后,通过实验验证了所提主动调制方法的合理性和可行性。     

三相H桥三电平逆变器谐波抑制方法

为改善传统三相H桥三电平逆变器输出线电压质量,对存在的直流母线电压波动和线电压相邻"电平层"交叠现象进行理论分析.提出基于直流母线电压实时采样的载波前馈校正方法,根据直流母线电压的波动实时校正载波形状,调整不同PWM脉冲幅值时的脉宽;提出锯齿载波相移PWM(PS-SPWM)调制方法,控制任意两相电压相对应的脉冲对始终位于对应锯齿载波的起始(末尾)处,消除了线电压相邻"电平层"交叠现象.与传统方法相比,进一步抑制了线电压的高、低次谐波.实验结果验证了提出方法的可行性与有效性.     

直流电压含二次纹波条件下并网逆变器输出谐波抑制

单相并网逆变器及电网电压不对称情况下的三相并网逆变器,直流母线电压均含有明显的二倍工频纹波分量。受该纹波分量影响,逆变器交流侧输出含有明显的三次谐波,影响逆变器输出电能质量。针对上述问题,利用双重傅里叶变换和开关函数法对并网逆变器的输出谐波特性进行了分析,在此基础上提出了抑制单相和三相逆变器输出三次谐波的改进脉宽调制方法。该方法根据直流母线电压修正调制波,无需提取直流母线电压纹波分量信息,算法复杂度低,易于实现。通过开关函数法详细证明了新型调制方法的可行性,给出了基于该调制方法的单相及三相光伏逆变器的控制策略。仿真验证了所提调制方法可显著降低直流母线电压含二次纹波条件下并网逆变器的输出三次谐波成分。     

基于锯齿载波的最少开关次数调制波的PWM数学分析

文章分析了最少开关次数调制波的输出线电压波形,并根据三相逆变器实现软开关PWM动作需要,用双重傅里叶级数展开法解析了基于锯齿载波的最少开关次数调制波的PWM频谱特性。分析结果指出,该调制波虽是个不对称波,且含有直流分量,但其实质还是在正弦波基础上叠加了零序谐波分量和一个直流分量。这些零序谐波分量和直流分量在三相逆变器中相互抵消,其输出线电压还是正弦波。正是这种畸形波的调制作用,使得逆变器直流母线电压利用率得以提高,且正负序谐波幅值相差较小,能有效减小谐波损耗,提高波形质量,抑制谐波转矩脉动。通过与SAPWM比较后指出,最少开关次数调制波PWM只能使用单极性调制,其有效开关次数是后者的一半,电流波形质量不如后者。     

基于控制自由度组合的多电平PWM方法及其理论分析

利用多电平逆变器载波之间在竖直方向的位移和水平方向的位移这两个自由度，从理论上进一步研究了二极管箝位型多电平逆变器的三类新型PWM方法：COPWM-A、COPWM-B和COPWM-C。通过双重傅立叶变换及其相关性质，理论上定量分析和计算了三类调制方法输出电压的谐波分量。根据COPWM-A、COPWM-B和COPWM-C三类调制方法线电压的谐波分量理论表达式，可以得出三类调制方法的理论频谱，并给出了三类PWM方法的特点。通过对三类PWM方法谐波性能的比较，得出了COPWM-A调制方法输出线电压的谐波性能最优的结论。根据线电压的谐波分量理论表达式，获得了载波之间竖直方向的交叠量、幅值调制度和多电平逆变器谐波性能指标之间的规律。     

级联型多电平逆变器的优化脉冲宽度调制控制策略

基于传统分析消谐波脉冲宽度调制PWM法（Subharmonic PWM,SHP-WM）,提出了一种适用于三相级联多电平逆变器的改进型调制方法,即载波重叠开关频率优化PWM法（CO-SFO-PWM）。新型PWM方法兼具载波重叠法和开关频率优化法的优点,可以增大输出线电压的基波幅值,提高直流电源电压利用率,改善输出线电压谐波性能,特别是在低调制下可明显减少输出线电压畸变率。以三相级联型7电平逆变器为例,通过Matlab进行仿真验证,有效地验证了CO-SFO-PWM调制方法的正确性。     

基于矢量分解和叠加原理的双三相感应电机在全调制比范围内的PWM策略

对于六桥臂电压源型逆变器供电的双定子绕组异步感应电机,为提高逆变器直流母线电压利用率,并抑制电流谐波,提出一种新的脉宽调制(pulse width modulation,PWM)算法。该方法利用空间矢量分解的原理,在低次谐波被消除的基波空间计算参考电压矢量,并在过调制区通过叠加原理选择合适的开关状态矢量重构参考电压矢量,从而实现从线性调制到方波控制的平滑过渡。详细介绍该调制算法的基本原理,并进行实验。研究结果表明,该算法下的输出基波电压幅值与调制比呈线性关系,且定子绕组电流谐波含量也得到了明显抑制。     

电容钳位多电平逆变器的新型相移空间矢量控制

针对电容钳位多电平逆变器传统载波相移PWM方法的线电压谐波高、电容电压不易稳定控制、电压利用率较低等问题,提出了一种新型相移空间矢量调制(PS-SVPWM)策略。将传统PS-SVPWM引入到多电平电容钳位逆变器中,虽然提高了电压利用率,平衡了电容电压,但不能有效降低线电压谐波;对空间矢量调制中的三角载波进行改进,提出了新型PS-SVPWM策略。该方法在具备以上优点的基础上,有效降低了线电压谐波。以三电平电容钳位逆变器为例,详细阐述了新型相移空间矢量控制策略的调制原理,对于多电平电容钳位型逆变器,只需分层调制,省去大量的扇区划分和数学计算。以电容钳位三电平和五电平逆变器为例进行仿真验证,结果证明了该调制策略的正确性和有效性。     

三相PFC整流器改进单周期控制策略

三相PFC变换器的单周期控制因其控制简单,无需乘法器及采样输入电压受到广泛研究。传统单周期控制策略中,变换器输入电感电流采样直接作为调制信号与载波交割产生PWM信号,因此传统单周期控制策略中的PWM信号可视为通过SPWM方式所获得。在这种调制方法下,三相PFC变换器输出电压较高,直流母线电压利用率较低,不利于降低开关管耐压等级和提高系统效率。本文在分析3P4W系统中的三相四桥臂整流拓扑传统单周期控制策略基础上,提出变革传统单周期控制策略中的调制波波形,将3次谐波注入PWM调制(SAPWM)引入到单周期控制策略中。通过SAPWM调制可降低单周期控制的三相PFC变换器输出电压,提高直流母线电压利用率,进而有利于提高系统效率。改进的单周期控制策略同时可以推广到3P3W系统中的三相三桥臂整流、三相维也纳整流电路。系统仿真与实验验证了理论分析的正确性。     

变频器参数及调制方式对共模电压的影响

PWM变频器被广泛应用于在电机驱动系统中,但其输出电压中的共模电压会产生许多负面效应,因此确定影响共模电压的各种因素对提出有效的共模电压抑制策略有重要的意义。采用解析、仿真和实验验证的方法围绕变频器参数和调制方式对共模电压的影响展开研究,研究结果表明:变频器参数中直流母线电压利用率增大时共模电压减小;载波比变化时共模电压基本不变;死区时间增加时共模电压增大;不同调制方式SPWM和SVPWM在相同直流母线电压利用率下的共模电压大小相近。进一步讨论了在VVVF控制调速时直流母线利用率和载波比同时变化时共模电压的变化规律,实验表明低速时共模电压更大,应当重视电机低速时共模电压产生的危害。     

A new method of damping harmonic resonance at the DC link in a large‐capacity rectifier‐inverter system

This paper proposes a new method of damping harmonic resonance in the DC link of a large‐capacity rectifier‐inverter system, such as in rapid‐transit railways. A voltage‐source PWM converter is connected in series to the DC capacitor of the rectifier through a matching transformer, acting as a damping resistor to the DC capacitor current. No filters are needed to extract harmonic components from the DC capacitor current. This results in a quick response and highly stable damping. The relationship between the control gain of the PWM converter and the required rating is theoretically discussed. We show that the required rating is less than one‐thousandth of that previously proposed. In particular, regenerating the power consumed by the PWM converter is very important because of the large power in practical systems. Normally, an additional PWM inverter is connected to the DC bus of the PWM converter to regenerate the consumed power. The additional inverter regenerates the DC power to the AC source through a transformer. This method, however, makes the damping circuit complex, thus the proposed method for the DC‐link harmonic resonance is less practicable. In this paper, a simple and novel scheme that utilizes the DC‐link voltage of the rectifier as a DC source for the PWM converter is proposed. The excellent practicability of the proposed damping method with the novel regenerating scheme is confirmed using digital computer simulation. © 2003 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 144(2): 53–62, 2003; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.10172     

载波幅值可调PWM技术及其在级联型多电平变流器中的应用

在详细分析直流电压脉动对输出电压影响机理的基础上,提出载波幅值可调PWM技术。根据直流侧电压脉动的实际情况及时调整载波幅值,可以有效地抑制直流侧电压脉动造成的输出电压畸变。载波幅值可调PWM技术原理简单、实现方便,还可以降低直流侧滤波电容,对提高系统品质和功率密度有重要意义。理论分析和仿真研究得到了实验验证。     

基于三次谐波注入的级联多电平逆变器

详细分析了调制波变换技术和三次谐波注入多电平逆变器的原理。以及三次谐波注入后逆变器的调制信号与输入直流电压的关系。并且,分析了在级联多电平逆变器开环PWM控制下,一般SPWM与三次谐波注入的不同。提出三次谐波注入法能够在不影响负载电流电压的情况下实现载波调制的优化控制,提高电压利用率。在Matlab／Simulink环境下通过仿真,证实了理论的正确性。     

谐振直流环节变换器非线性特性分析及仿真

针对谐振软开关ＤＣ／ＡＣ功率变换器,提出了非线性特性分析的分级建模思想。首先,建立了谐振直流环节的非线性模型,提出了适用于谐振开关环节的等效小参量分析方法,导出了其近似简化计算公式;其次,研究了脉宽调制（ＰＷＭ）逆变桥的开关非线性分析;最后,将谐振直流环节非线性模型与ＰＷＭ逆变桥开关部分模型相结合构杨整体开关非线性系统进行计算机仿真,获得了系统稳态输出特性。新方法不但可以得到解析求解公式,而且计算     

一种新颖的高频环节DC/AC变换器的控制方法研究

在简要论述了具有高频环节的DC/AC变换器特点基础上 ,提出了一种基于移相控制思想的控制方法 ,该方法可以使交 -交变频器的所有开关都在零电压条件下开通和关断 ,而且可以安全地重叠换相 ,从而有利于高频变压器漏感中储能放电。同时也提出将用于通用型直流电压源逆变器的PWM波生成方法 ,经过同步处理后 ,可以应用到该交 -交变频器中。本文以空间电压矢量生成软化PWM波为例 ,进行了输出电压的谐波分析 ,并且针对三相感应电动机负载 ,进行了实验研究 ,实验结果表明上述控制方法是正确的     

Performance analysis of three-phase inverters controlled bysynchronous delta-modulation systems

Synchronous delta-modulation systems are used to control resonant voltage link inverters, where switching has to be synchronized with the zero crossings of the link voltage. This paper shows that output current harmonic distortion and average switching frequency of such systems can be calculated analytically in spite of the quasistochastic behavior of the modulators output. Under the assumption of constant link frequency and large ratio of link to output frequency, results are derived for three-phase sigma-delta modulation, space-vector based sigma-delta modulation, and current-regulated delta modulation. The results hold for any shape of the inverter input voltage (including DC). The output current harmonic distortion of resonant link inverters is compared with conventional hard switching PWM inverters     

基于三次谐波注入的级联多电平逆变器

详细分析了调制波变换技术和三次谐波注入多电平逆变器的原理,以及三次谐波注入后逆变器的调制信号与输入直流电压的关系。并且,分析了在级联多电平逆变器开环PWM控制下,一般SPWM与三次谐波注入的不同。提出三次谐波注入法能够在不影响负载电流电压的情况下实现载波调制的优化控制,提高电压利用率。在Matlab／SimulinK环境下通过仿真,证实了理论的正确性。     

新型电压-电压PWM控制DC/DC变换器的研究

针对传统电压单环PWM控制电洲在输入电压大范围波动时存在输出电压幅值波动大、谐波分量大、动态响应较慢等特点，提出了一种能够适应输入电压大范围波动的新型电压－电压PWM控制策略，并给出了其在Buck电路中的实际应用控制规律。仿真结果表明该新控制策略精度高，效果明显。     

PWM晶体管电流型逆变器—感应电动传传动及其谐波抑制

本系统用的是一种开关频率较低的PWM晶体管电流型逆变器。在开关模式上分别采用了次谐波调制和低次谐波消除技术,电机电流在整个调速范围内具有较小的谐波分量。控制电路采用了恒转差频率控制,确保电动机运行在机械特性的非稳定区域,从而避免了电机磁通进入饱和状态。此外,本文提出的过电压吸收装置可以有效地消除晶体管换向时由直流电抗器产生的尖峰电压。最后给出了实验结果。     

神经PID控制在SVPWM整流器VFDPC中的应用研究

分析了PWM整流器虚拟磁链直接功率控制(VFDPC)的工作原理,得出了基于虚拟磁链观测的瞬时功率估算式。设计了2个高通滤波器级联构成的二阶环节代替纯积分器滤除直流分量来解决虚拟磁链观测中存在的因积分初值选取不当造成的直流偏移问题。为提高PWM整流器直流电压稳定性,在电压外环设计了神经PID控制器。仿真结果表明,与传统PID控制相比,基于神经PID控制的SVPWM整流器直接功率控制系统直流侧电压稳定、动态性能更好。