电气自动化控制中变频调速技术研究

通过围绕电气自动化系统的三相异步电动机,探讨电动机传动设备的变频调速机械特性,包括电机电压、频率变频协调控制的稳态机械特征,并在此基础上提出利用矢量控制技术、脉宽调制技术（Pulse Width Modulation,PWM）、空间矢量脉宽调制算法（Space Vector Pulse Width Modulation,SVPWM）,进行三电平逆变器结构构建、电压空间矢量生成、交流电压脉宽调制的控制,做出电气系统电动机变频电压、电流、转子调速的矢量控制,可有效保证电动机从负载转矩到额定转矩、给定转速到额定转速的动态平稳变化。     

一种基于空间矢量的脉冲宽度调制方法与实验研究

终端级联式五电平逆变器是将两台三电平逆变器的输出终端通过开绕组电机级联而成,针对终端级联式五电平逆变器中存在的共模电压和中点电位平衡问题,研究了一种空间矢量脉冲宽度调制(SVPWM)策略。该方法完全采用零共模电压矢量来消除电机端共模电压;与传统二极管钳位型三电平逆变器相比,所采用的零共模电压矢量对直流侧中点电位的影响更为复杂,基于此采用一种平衡因子控制法来平衡中点电位。仿真和实验结果表明,该方法能完全消除共模电压,较精确地控制中点电位平衡。     

虚拟矢量的中点电位平衡三电平调制方法

针对二极管中点钳位型三电平逆变器中中点电位波动造成的直流侧电容电压不平衡问题,提出一种虚拟矢量中点电位控制方法.该方法结合三相电流平衡和冗余小矢量的特点,通过虚拟中矢量和小矢量取代原中矢量和小矢量,进行参考矢量的合成.因大矢量作用时中点无电流流入和流出,对中点电位波动无影响,故通过降低虚拟矢量作用时间内中点电位的波动,就可以控制整个调制过程中点电位的波动,从而降低输出电压波形的畸变和开关管承受的电压.仿真实验表明该文方法具有可行性和有效性.     

两种基于DSP的SVPWM波形实现方法

空间矢量脉宽调制（Space Vector Pulse Width Modulation,SVPWM）是控制交流异步电动机的一种常用控制方式。与脉宽调制（Pulse Width Modulation,PWM）技术相比,SVPWM技术用于交流调速系统不仅能提高电压利用率,而且具有转矩脉动小、噪声低等优点。本文在分析SVPWM基本原理的基础上,对基于TMS320LF2407A型DSP（Digital Signal Processor）产生SVPWM波形的硬件和软件实现方法进行比较,并用Matlab/Simulink软件对SVPWM调制波形进行了仿真实验,仿真结果验证了本文所提算法的正确性和有效性。     

快速虚拟矢量调制的三电平直接转矩预测控制

提出了一种新颖的基于电压预测和快速虚拟矢量调制算法的二极管钳位式三电平逆变器供电的永磁同步电机直接转矩控制方案。系统基于广泛应用于中高压调速系统的二极管钳位式三电平逆变器,结合空间矢量调制思想,通过电压预测控制算法生成直接转矩控制所需的参考电压矢量,然后基于非正交60°坐标系,构建虚拟矢量合成参考电压矢量,采用平衡因子调整冗余小矢量的作用时间,对中点电压进行滞后补偿控制,基本电压矢量的选取和作用时间计算十分简单,实现了快速空间矢量调制。仿真结果验证了该控制方案的可行性,三电平逆变器输出电压幅值跳变和直流侧中点电位得到有效控制,并获得了良好的动态和稳态调速性能。     

基于改进SVPWM的多电平风电并网逆变器的研究

针对风电系统中中点箝位式多电平并网逆变器存在的传统空间矢量调制方法(SVPWM)计算繁琐和中点电压不稳定的问题,在120°坐标系下,将传统SVPWM中大量的三角函数和求根运算用线性运算代替,通过简化SVPWM算法,减小运算量、提高运行效率;通过直流侧中点电压偏差调节矢量运行时间,实现直流侧中点电压平衡控制,减小谐波含量;并对风电系统的逆变并网部分进行了仿真,结果验证了该SVPWM调制方法的可行性和有效性,为实际中实现具有较高电能质量的风电并网提供了研究基础.     

空间矢量脉宽调制方法在单相三电平中点箝位型整流器中的应用

针对单相三电平中点箝位型(NPC)整流器中多个开关管同时导通或关断的问题,在分析电路拓扑和工作原理的基础上,提出了一种单相空间矢量脉宽调制(SVPWM)方法。这种SVPWM方法合理地设计各个扇区内部的调制序列,并且在扇区切换时加入过渡调制序列,从而保证了开关状态的连续性。在分析各个开关状态对中点电压影响的基础上,该方法根据中点电压和网侧电流的情况来选择合适的冗余小矢量,从而实现直流侧中点电压控制。另外,通过使用冗余零矢量,该方法能够达到倍频的效果。针对这种SVPWM方法,搭建样机进行了实验研究,实验结果表明:SVPWM方法能够保证在同一时刻只有一个开关管导通或关断,而且输出电压的跳变量为直流侧电压的1/2;网侧电压与网侧电流保持了较好的同相位,且动态性能良好;该方法能够实现中点电压控制,并且具有较好的动态响应速度和稳态控制精度。     

改善共模电压和中点电位的虚拟SVPWM策略

中性点箝位式(NPC)三电平逆变器的拓扑结构以及空间矢量脉宽调制的技术特点决定了逆变器存在中点电位波动和共模电压问题.为此,提出一种改进的虚拟空间矢量脉宽调制策略,可以兼顾中点电位波动抑制和降低共模电压.在分析传统虚拟空间矢量脉宽调制策略原理基础上通过优化基本电压矢量构成和基本矢量的作用顺序达到降低共模电压的目标;同时采用闭环控制策略,监测中点电位和中点电流流向,动态调整中矢量形式,将中点电位波动控制在目标范围内.为验证改进调制策略的实用性和有效性,搭建了仿真和实验平台,仿真和实验结果均表明该策略相较于传统虚拟空间矢量脉宽调制技术,共模电压可降低50％,且稳定状态下中点电位波动范围可控制在5V内.     

SVPWM控制三电平逆变器

论述了空间电压矢量调制(SVPWM)控制二极管钳位式三电平逆变器的原理与实现方法.提出了确定参考矢量的三个规则,并推导出工作矢量作用时间、输出顺序及描述了中点电位的控制规则.通过采用Matlab仿真,结果证明SVPWM控制三电平逆变器的可行性.     

三电平逆变器的点电压平衡控制

为解决电压型逆变器中点电压不平衡问题,分析了中点钳位式(NPC)三电平逆变器的基本原理,介绍了三电平逆变器的SVPWM算法.根据正负小矢量对中点电位的影响提出了两种平衡中点电位的控制策略,并通过设定电压误差滞环把两者结合起来.仿真结果表明,该方法能有效约束三电平逆变器的中点电压.     

基于DSP的VSR变换器SVPWM信号的产生

实现了基于数字信号处理器（Digital Signal Processor-DSP）的空间矢量脉宽调制（Space Vector Pulse Width Modulation——SVPWM）系统,并将其应用于电压型整流器（Voltage Source RectifierVSR）触发系统中。相比较于其它脉冲宽度调制技术,采用的SVPWM具有算法简单、适用于数字实现、电压利用率高、开关损耗小以及硬件电路简单等特点。实验结果表明,设计的基于DSP的SVPWM脉宽调制系统达到VSR触发系统的要求,为VSR装置正常、有效地工作提供了重要保证。     

三电平变流器直流电压平衡控制方法

为研究三电平变流器直流电压平衡的问题 ,建立了三电平变流器的数学模型 ,详细分析了空间矢量脉宽调制(PWM)的特性和直流环电容电压平衡调节的基本原理 ,提出了一种新型的基于交流电流方向检测的直流电容电压平衡控制方法。该方法通过实时检测三相交流输出电流方向得到方向函数 ,利用该函数选择一个 PWM周期内不同电压矢量作用时间来控制中点电流的方向 ,实现电压平衡。该方法可以使得直流电容电压的平衡不受变流器功率因数过低和功率流向的影响。     

中点钳位H桥五电平逆变器空间 矢量脉宽调制方法研究

介绍了二极管中点钳位(NPC)H桥五电平逆变器的拓扑结构及其工作原理,提出了一种新的适用于五电平逆变器的电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法.该算法利用12条规则来判断参考电压所在位置,为避免逆变器在扇区切换中输出矢量突变,采用了使两相邻小三角形区域输出矢量变化方向相反的方法.结果表明,本文提出的SVPWM算法是正确且有效的,与传统的SPWM方法相比,逆变器输出线电压的谐波含量明显减少,其基波电压的幅值也得到了明显的提高.     

三电平逆变器的无速度传感器矢量控制系统

介绍三电平逆变器的基本结构并推导了三电平空间矢量脉宽调制（SVPWM）原理,为防止电容中点电压的偏移,采用改进型SVPWM控制方法作为逆变器的控制策略．同时,引入模型参考自适应技术,并在三电平转速、磁链双闭环控制中使用该技术实现了无速度传感器控制．通过仿真结果证明了方法的正确性和可行性．     

应用于NPC型逆变器的三电平不连续PWM方法

针对低频大功率二极管中点钳位( NPC)型逆变器控制系统的不连续空间矢量脉宽调制原理及控制策略的研究,提出三电平不连续空间矢量脉宽调制方法,相比于传统三电平空间矢量脉宽调制方法,在相同的开关频率下,此方法可以显著降低逆变器的开关损耗。同时,文中对三电平逆变器的中点电压不平衡问题以及在现场应用中可能出现的PN电平跳变问题进行分析,并提出解决方法。最后,针对本文提出的调制方法做中点电压的平衡控制,给出对于该算法基于仿真和实验的验证。     

三电平脉宽调制逆变器共模电压的抑制策略

针对三电平脉宽调制(PWM)逆变器运行过程中会产生大量共模电压、高频dv/dt等谐波的问题，采用一种分区域PWM调制策略(Ma-PWM)来抑制PWM变换器的共模电压。通过调制指数将三电平空间矢量重新划分为多个不同的调制区域，在不同的调制区域内采用4种基本矢量类型中的大矢量、中矢量以及小矢量来实现三电平PWM调制算法。分区域PWM调制策略将扇区内部的小区域划分为高、低两个调制区域，并合理选择最邻近的基本电压矢量来合成参考矢量。仿真结果表明：Ma-PWM调制策略在不同负载类型下的共模电压幅值为直流母线电压的1/6;此外，在可变速负载下，PWM逆变器的共模电压幅值不仅能够减小到原来的1/2,而且PWM逆变器输出电流波形的总谐波失真小于5%。该方法不仅能够抑制共模电压，还能够减小PWM逆变器输出电流的总谐波失真。     

三电平逆变器系统仿真

针对三电平逆变器控制策略复杂以及存在中点电位不平衡的问题,对其电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)原理进行了研究。采用了一种新的方法———首发矢量为正小矢量的SVPWM算法,将所有扇区都变换到第一扇区,简化了控制算法,给出了第一扇区各个小区间的判断规则,推导了合成参考电压矢量的各个基本电压矢量的作用时间,并介绍了SVPWM信号的产生方法。采取了一种新的控制策略———改变小矢量作用时间的方法解决了中点电位不平衡问题。此外,对系统进行了MATLAB仿真,证实了采取SVPWM算法的有效性和控制策略的优越性。     

级联型多电平逆变器SVPWM控制研究

由H桥级联型逆变器主电路结构,分析出了逆变器电压输出实质可看作其各H桥单元左、右桥臂矢量形成的三相两电平逆变器组输出电压之差。把相移原理和空间矢量脉宽调制技术(SVM)结合推导出了适合于H桥单元串联叠加逆变器的相移空间电压矢量调制技术。利用双重傅里叶变换(DFT)的频域变换方法分析了相、线电压的输出特性。在Matlab/Simulink仿真平台上搭建相移SVPWM方法的仿真模型,验证了该方法的有效性和正确性,并分析了载波调制比M变化对相移SVPWM的电压输出电平数、基波幅值和电压总谐波畸变的影响。     

基于双控制因数的VIENNA整流器中点电位平衡设计

三相VIENNA整流器中点电位不平衡,降低了VIENNA整流器整体性能。通过对三相VIENNA整流器中点电位平衡的研究,提出了一种基于双控制因数中点电位平衡策略,该策略一路由整流器直流侧上下电容电压偏差通过P控制器控制,另一路由整流器直流侧上电容电压与直流侧输出电压半值的偏差通过PI控制器控制,然后将两路控制器控制因数叠加构成双控制因数调节上下电容充放电作用时间,抑制中点电位波动,使中点电位达到平衡。最后在Matlab/Simulink中建模仿真,结果表明该策略可有效抑制中点电位波动,同时具有响应快速、稳定的特点,加入该中点电位平衡策略的VIENNA整流器中点电位波动不仅动态性较好,而且稳定性强。     

三电平ANPC逆变器改进SVPWM控制策略

针对三电平有源中点钳位逆变器(ANPC)中点电压不平衡问题,提出一种改进的SVPWM控制策略。首先,分析了ANPC逆变器中点电压不平衡的原因,利用空间矢量合成方法分析了各矢量形成的中点电流,从而提出了一种利用大矢量合成中矢量的改进调制算法,并且分析了SVPWM调制模式下中点电压的偏移情况,并提出了解决方案;在此基础上,对所提出的改进SVPWM控制策略和NVSVM控制策略进行了仿真对比,分析了改进算法的优势;最后,通过搭建实验平台对提出的算法进行了实验验证,实验结果表明:提出的控制策略能有效平衡中点电压,同时能及时地校正中点电压的偏移,中点电压波动小。