异步电机低开关频率的模型预测直接电流控制

针对二极管箝位型(neutral point clamped, NPC) 三电平逆变器驱动异步电机的低开关频率控制, 提出了一种新颖的模型预测直接电流控制(model predictive direct current control, MPDCC) 方法. 基于推导的传动系统离散时间内部预测模型, 控制器预测了每个容许开关位置对应的电流输出轨迹、外推输出轨迹, 并根据评估平均开关频率的价值函数在线滚动优化实时求取最优开关矢量, 使得逆变器平均开关频率最小化, 且保持电流轨迹在给定的滞环范围内. 相对于已有的单步预测电流控制方法, 该方法在保持基本相同谐波性能的同时显著降低了开关频率. 仿真结果表明, 低开关频率模型预测电流控制算法可将三电平逆变器的平均开关频率降低至500 Hz 以下, 并且具有较理想的电流谐波畸变和动态响应性能.     

大容量PWM电压源逆变器的LC滤波器设计

针对大容量变频调速装置中LC滤波器设计困难的问题,提出了特定消谐脉冲宽度调制(SHE-PWM)的逆变器优化控制方案。以三电平中点箝位(NPC)逆变器为研究对象,采用分段同步SHE-PWM保证整个调速范围内LC滤波器的谐振抑制问题,并给出了LC谐振频率的设计方法。采用此方法可以使大容量开关器件工作在较低的开关频率下。分析了LC滤波器对逆变器输出电流和机端电压的影响及滤波电容与电机之间的自激等问题,并据此提出了电抗参数和电容参数的具体设计原则和方法。在一台基于三电平NPC逆变器的6kV变频调速装置上的试验结果验证了所提方法的有效性。     

大功率逆变器混合脉宽调制策略研究

对于大功率牵引传动系统来说,逆变器通常采用高压大电流开关器件,开关频率往往较低(1 kHz),针对现有的过调制策略及中频区段采用中间60°SPWM调制方式的混合调制策略存在的不足,本文提出了一种中频区段采用优化同步SHEPWM调制方式的逆变器混合脉宽调制策略,且实现了SVPWM异步调制、分段同步调制、优化同步SHEPWM调制及方波工况之间的平滑过渡,仿真和实验结果验证了该调制策略的正确性和有效性.     

一种新的双逆变器式有源电力滤波器电路

提出一种新的双逆变器式有源电力滤波器(APF)电路.采用一个高压、低开关频率的绝缘栅双极晶体管(IGBT)逆变器和一个低压、高开关频率的电力场效应晶体管(MOSFET)逆变器的组合来消除谐波电流.IGBT逆变器的作用是提供基波电压,并补偿无功功率,MOSFET逆变器则实现消除谐波电流的功能.IGBT和MOSFET通过一个分离式电容器组共用一个直流环节,以降低成本和简化控制.采用这种方式,可在很宽的频率范围内消除谐波电流的影响.同传统的APF电路相比,这种方式所用的直流环节电压较低,产生的噪声也较小.仿真和实验的结果证明了这种APF电路能够消除负载谐波电流.     

基于定子磁链轨迹跟踪的优化PWM高性能闭环控制

在低开关频率下采用优化脉冲宽度调制(pulse width modulation, PWM) 可获得较小的谐波畸变, 但将其直接应用于高性能闭环控制系统时会引起PWM 波形紊乱和系统过流. 给出了一组离线求解得到的特定谐波消除脉宽调制(selected harmonic eliminated pulse width modulation, SHEPWM) 开关角, 分析了将优化PWM 应用于高性能闭环控制系统会造成系统过流的原因. 深入研究了基于定子磁链轨迹跟踪的优化PWM 闭环控制方案, 给出了一种结合SHEPWM 特点的脉冲实时修正策略, 实现了采用优化PWM 的磁链轨迹跟踪高性能控制. 通过三电平逆变器异步电机驱动系统的仿真实验验证了该策略的有效性. 结果表明,驱动系统在200∽300 Hz的低开关频率下获得了较小的电流谐波畸变, 同时具有快速动态响应能力.     

基于移相调功的三电平超音频感应加热电源

多电平逆变器用于高电压大功率场合,可有效解决单只功率开关器件电压及电流定额受限的难题.基于这一优点,设计了适用于负载串联谐振的三电平感应加热逆变电源,给出了三电平逆变电源的拓扑结构,并采用PS-PWM(移相-脉宽调制)输出功率控制策略,在有效控制和调节输出功率的同时,改善了输出电压与电流波形的质量.采用PS-PWM控制方法,在器件额定电压确定时可提高1倍逆变器容量,且输出电压和电流的谐波也明显减少.利用PSPICE对25 kHz、540Vdc的超音频感应加热逆变电源的实际工况进行了仿真,理论分析与仿真结果验证了文中提出的三电平逆变器拓扑结构及功率控制策略的正确与合理性.     

模块化多电平变流器输出电流谐波抑制策略

最近电平逼近是模块化多电平逆变器(MMC)常用的调制方法之一,当模块数偏少,或者调制电压过低时,输出电流会产生畸变.从原理上分析了MMC输出电流谐波畸变产生的原因,然后提出了一种抑制MMC输出电流谐波的控制方法.该方法对输出电流进行分频提取后通过PI调节器得到反相谐波电压,最后将反相谐波电压叠加到调制电压上获得总的参考电压.所提出的方法简单可行,易于实现.仿真分析和实验结果表明,采用本文所提出的方法,模块化多电平变流器输出电流的畸变得到较好的抑制.     

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。     

直驱永磁风力发电系统机侧谐波的抑制

研究一种背靠背三电平变流器控制下的直驱永磁风力发电系统,其中机侧变流器采用二极管中点钳位型三电平变流器在转子同步旋转坐标系下对定子电流进行控制,对发电机电流谐波进行抑制。研究三电平变流器的开关状态和调制方法,采用双重傅里叶级数的方法对机侧三电平变流器的谐波特性进行分析,并提出考虑中性点电压平衡的机侧谐波抑制控制策略。对三电平和两电平变流器直驱永磁风力发电系统进行对比仿真实验研究。研究结果表明:在不同转速和负载条件下,三电平拓扑能有效抑制发电机电流谐波,提高发电机组效率。     

一种新的双逆变器式有源电力滤波器电路

提出一种新的双逆变器式有源电力滤波器(APF)电路采用一个高压、低开关频率的绝缘栅双极晶体管(IGBT)逆变器和一个低压、高开关频率的电力场效应晶体管(MOSFET)逆变器的组合来消除谐波电流．IGBT逆变器的作用是提供基波电压，并补偿无功功率，MOSFET逆变器则实现消除谐波电流的功能．IGBT和MOSFET通过一个分离式电容器组共用一个直流环节，以降低成本和简化控制．采用这种方式，可在很宽的频率范围内消除谐波电流的影响．同传统的APF电路相比，这种方式所用的直流环节电压较低，产生的噪声也较小．仿真和实验的结果证明了这种APF电路能够消除负载谐波电流．     

五电平电压型逆变器的变频SHE-PWM控制策略

采用两重H桥串联电压型逆变器输出五电平相电压,使用IGCT器件时可输出6kV线电压,适用于6kV电机变频调速装置。为改善逆变器输出电压的谐波特性,解决串桥之间功率的均分问题,提出了两种五电平SHE-PWM控制策略,给出了其实现原理,计算了3～50Hz内的变频变调制比的SHE-PWM开关角度,并在此基础上用数字仿真计算了各频率段下输出电压谐波含量。结果表明在不增加开关频率的前提下,比三电平逆变器消除的输出电压谐波次数更多,使逆变器输出LC滤波器的设计更加容易,同时可有效地均分两重串桥的有功功率输出。     

H桥多电平逆变器的新型调制

针对传统PD调制法应用在级联H桥多电平逆变器时存在的输出功率不均衡问题,提出一种基于1/4输出周期载波循环的优化调制策略,使得逆变器各级联单元的输出功率均衡,且开关管的最高开关频率降为原来的一半,降低了开关损耗.该优化调制策略比传统PD调制需要的三角载波数量更少,调制更简单.以四单元级联H桥多电平逆变器为例进行理论分析,并通过仿真实验验证了所提方法的正确性.     

级联多电平逆变器单元故障时的载波调制

给出了计算中性点移位参数的一般公式．这些公式可用于．单元直流电压相等或不相等的级联多电平逆变器发生单元故障时的载波调制或空间矢量调制．给出了一般的不对称的开关频率最优载波移相脉宽调制(ASFOCPSPWM)方法．采用所提出的ASFOCPSPWM方法，可以大大提高级联多电平逆变器系统的可靠性．仿真结果验证了理论分析的正确性．     

车载超高速永磁无刷电机驱动器

超高速永磁无刷电机因其低电感和高换相频率而普遍面临转子与定子过热的困扰,而发热的一个重要原因是进行脉冲宽度调制(PWM)引起的高频电流谐波.对于逆变器处直接斩波调速方式,需要通过提高斩波频率以减小电流谐波.但对于像燃料电池汽车空压机用10 kW级电机驱动器,现有功率开关器件无法同时满足开关频率和功率的要求.因此在逆变器处斩波调速并不是驱动超高速永磁无刷电机的理想方案.为了减小定转子损耗,本文从减小电流谐波的角度出发,设计了一台前置Buck变换器无位置传感器控制方波驱动器.通过反电动势滤波电路以及换相位置补偿角的优化设计将无位置控制的适用范围扩展到3000~100000 r·min-1,对开发过程中遇到的关键问题进行了分析并提出了相应解决方案.最后,通过实验验证了该驱动器的控制性能.     

基于恒最大化升压比Z源三电平中点钳位逆变器研究

三电平中点钳位逆变器由于具有低谐波和波形质量好而备受关注;然而为了实现光伏等分布式电源高电压,需要增加DC/DC才能实现升压和逆变功能,这降低了系统效率。为了解决上述问题,研究了Z源三电平中点钳位逆变器。传统的同相电压偏移(phase disposition,PD)的方法虽然能够减少开关次数和降低开关损耗,但是升压能力不够。提出一种恒最大化升压方法,能够在任何调制比情况下实现最大化的升压;而且能够消除低频纹波和减少电压应力的作用。详细地分析了升压比和开关频率之间的关系;并通过仿真和实验证明了所提算法方法的有效性。     

两单元五开关逆变器的倍频调制及功率平衡方法

为了解决传统两单元级联H桥在正负反向层叠载波移幅脉宽(POD-PWM)调制策略下,存在输出电平数少且谐波含量高的问题,提出了一种两单元级联H桥九电平五开关逆变器新型拓扑结构和改进型POD-PWM倍频调制策略.为了消除两个单元之间功率不均衡的问题,在改进型POD-PWM倍频调制策略的基础上,采用1/2输出电压周期循环交换两个单元开关管驱动信号的方法.仿真及实验研究证明了上述理论分析的准确性和切实性.     

基于死区消除与补偿的T型三电平逆变器控制策略

为了避免三电平逆变器的上下桥臂直通,开关切换过程中会引入死区.死区会提高逆变器的输出电流谐波,降低逆变器的输出电压和电流.文中分析了死区在开关管换流过程中的作用,并在此基础上提出一种死区消除与补偿相结合的方法来消除其对逆变器的不利影响.当相电流足够大时,可以根据电流的方向输入不同的驱动信号,达到在没有死区的情况下防止开关管短路的目的.当相电流接近零点时,由于电流纹波的影响,死区消除方法并不适用,只能通过引入死区来提高逆变器的稳定性,然后通过死区补偿来消除其不利影响.实验结果证明,文中方法可以有效地解决死区问题.     

基于中点电流的ANPC逆变器故障诊断策略与容错控制

有源中点箝位型(ANPC)逆变器具有输出波形畸变率低、传输效率高等优点,获得了广泛的应用,但大量的开关器件降低了逆变器的可靠性.分析了三电平ANPC逆变器在不同开关器件开路故障下的电流路径,得到不同故障下输出电平及输出电压空间矢量的变化情况.结合各矢量作用下中点电流与输出电流的关系,提出了一种基于中点电流的故障诊断方法...     

采用相位调制的三级阶梯波逆变器门驱信号发生器

相位调制在抑制输出谐波和输出自动稳压的敏感性方面比幅度调制有明显的优点．本文报告了一个三电平逆变器的门驱信号发生器，6个信号分成二组并严格对称．一组用于驱动逆变器功率电路的正半周，一组用于驱动逆变器功率电路的负半周，合成一个完整．三电平逆变输出，每个开关的切换角，即相位可调．文中还报告了一种具体的逆变器实验电路及其测试结果．     

基于Sugeno-Mamdani模糊模型的电流跟踪型光伏并网逆变器

针对并网光伏逆变器对于输入量变化大、控制算法复杂,开关频率大而导致逆变器发热的问题,提出一种分段控制策略.利用模糊控制算法对输入变化不敏感的特点,设计一种输出PWM控制信号变化较小的逆变器,从而减小开关器件的负荷达到提高逆变效率的目的.设计采用分段控制当输出误差很大的时候使用sugeno模型,当输出误差较小时使用mamdani模型,该文中以单相全桥逆变电路为例,给出详细的仿真分析,仿真结果表明,设计的逆变器与传统控制方法相比,具有稳定性好、抗扰动型强、开关频率低等优势,输出电流的总谐波失真(THD)为1.73%,能够与并网电压达到同频,输出功率因素非常接近1,达到了系统并网发电要求.