吴凤江[1]2007年在《四象限级联型多电平逆变器拓扑及控制策略的研究》文中研究说明级联型多电平逆变器因其具有以低压方式解决高压电机驱动问题且易于扩展电压等级的特点,同时具有运行特性优良、节能效果显着等优点使其在高压电机变频调速领域得到了越来越广泛的应用。在高压变频驱动技术的发展过程中,由于受相关学科和自身技术发展等因素的限制,目前的级联型多电平逆变器均采用二极管不控整流桥,能量只能单向传递,无法应用于需四象限运行的变负荷拖动系统中,限制了该类逆变器的应用;另一方面,导致电网电流谐波污染严重。因此,开展新型高压电机变频驱动技术的研究,解决传统技术存在的问题,具有较大的理论意义和实用价值。本文主要针对上述问题提出一种新型能量自动双向传递的级联型多电平逆变器拓扑,以解决高压电机系统的四象限运行问题,扩展级联型逆变器的应用领域。针对所提出的拓扑结构,论文重点研究了相应的控制策略。并对级联型逆变器的多电平PWM技术进行了深入研究。首先分析了交流电机再生能量的产生机理以及传统级联型逆变器处于再生发电状态的运行特性,揭示了其性能上的缺陷。在此基础上,将电压型PWM整流器与级联型逆变器相结合,提出一种新的四象限级联型多电平逆变器拓扑。论文通过推导四象限功率单元的数学模型,进而建立了N单元四象限级联型逆变器的数学模型,为其控制策略的研究提供理论依据。通过分析四象限级联型逆变器能量逆传递的过程,得出各个功率单元对再生能量的分配具有同时性和均衡性的结论;同时确定了采用隔离变压器副边电压作为定向矢量的控制策略,以使系统实现较高效率运行。深入研究了基于级联型逆变器的新型多电平PWM技术。为了解决载波移相SPWM技术以及错时采样SVPWM技术存在的问题,提出一种可显着降低算法复杂度的新型单元矢量延时迭加多电平SVPWM(OTS-SVPWM)技术。论文详尽阐述了OTS-SVPWM技术的调制原理,推导了幅值损失率与采样周期的关系。通过选取适当的采样周期值,该新型PWM技术实现了与错时采样SVPWM技术等效的多电平PWM波形输出,并具有采样频率不随级联单元数量的变化而变化的优点。研究了基于电压定向矢量控制策略的四象限级联型逆变器的运行特性,仿真结果证明了所提出拓扑的正确性。在论文的研究中,为了更好地对所提出的新型四象限级联型多电平逆变器进行控制,以获得良好的运行特性,提出了基于改进虚拟磁链观测器的直接功率控制策略。通过采用带饱和限幅反馈环节的积分器,解决了传统观测方法存在的初始值选取等问题。在此基础上,提出了无交流电压传感器的四象限级联型逆变器的电路结构,对其运行特性进行了深入研究。结果表明,在无需检测交流输入电压的前提下,仍然达到了预期控制效果,进而有效降低了系统成本,并提高了可靠性。搭建了基于DSP+FPGA结构的叁单元四象限级联型逆变器低压实验平台,对所提出的OTS-SVPWM技术进行了实验验证,给出了具体实现方法及相应的主要实验结果。对四象限级联型变频器的运行特性进行了实验研究,实验结果证明了所提出新型拓扑及其控制策略的正确性和可行性,进而扩展了该类逆变器的应用领域。
单庆晓[2]2003年在《级联型逆变器关键技术研究》文中研究表明本文的研究内容为级联型逆变器，主要研究内容和创新点如下： 1、提出级联型逆变器的简化模型，系统地总结了各种冗余状态；提出了级联型差补逆变器的定义和差补PWM的控制方法。 2、总结了多电平选择谐波消除技术的已有知识。在求解谐波消除非线性方程组时，提出在迭代过程中引入歧视因子，可以使求得的解更易于满足逆变器的要求，并且增大了收敛范围。将沃尔什函数应用到多电平谐波消除技术，通过沃尔什域与付立叶域之间的转换，得到开关角和谐波系数的线性方程组，该线性方程组在预设的局部范围内是有效的。分析了开关角实施时误差的来源，提出了利用开关角的鲁棒系数来选择开关角，减小开关角误差对谐波的影响。 3、分析了现有的基于循环分配的均衡控制方法的不足。提出随机均衡控制的方法，指出在基于随机函数的均衡控制下，各单元工作的概率相等，因此随着工作时间的延长，利用率趋于相同；提出利用伪随机数发生器实现随机函数的方法，该方法分为定区间和变区间两种，定区间方法适于随机数产生简单的场合，而变区间法则可保证产生的任何一个随机数都是有效的：对于伪随机数的产生方法，本文介绍了线性同余法、混沌映射法，并对这些方法进行了仿真和实验。 4、对级联型逆变器进行了可靠性分析。将基于输出波形分析的故障诊断方法应用到级联型逆变器，并利用人工神经网络实现故障识别。采用不同开关模式下的多次故障诊断推理可以实现精确的故障定位。对于级联型差补型逆变器，由于波形中信息含量更为丰富，有可能建立故障器件与波形之间的一一对应的因果模型，从而实现快速故障定位：介绍了级联单元的BIT设计和系统BIT测试的工作流程。 5、提出自主式级联单元的思想，并探讨了自主式级联单元的功能与结构设计：提出了相位控制的方法，包括输出相位、幅值相位和载波相位的控制；并介绍了基于自主式级联单元的工作过程。
金渊[3]2014年在《单相多电平光伏并网逆变器研究》文中研究表明多电平逆变器具有输出电压谐波含量低、电磁干扰小、输出滤波器体积小等优点,有助于光伏并网系统提高效率,减小体积,在光伏发电领域中具有广泛的应用前景。本文以单相多电平光伏并网逆变器为研究对象,在对单相控制系统进行分析的基础上,对单相叁电平光伏并网逆变器以及一种具有共模电流抑制能力的多电平混合级联型光伏并网逆变器进行了研究。本文首先对光伏并网发电系统的体系分类及并网逆变器种类进行了介绍。针对单相并网控制策略,研究了几种调节器对于双闭环控制系统中交流电流环的影响,其中重点分析了比例谐振调节器的控制效果。随后研究了对称型及非对称型单相叁电平逆变器的工作方式及其结构中叁电平桥臂对于逆变器输出、损耗等方面的影响,分析了其各自的应用领域,并针对这两种逆变器的直流侧中心点电位平衡方式进行了研究。本文在传统非隔离型叁电平半桥光伏并网逆变器的基础上,重点对一种多电平混合级联型光伏并网逆变器进行了研究,该结构在降低逆变器直流输入侧电压等级的同时,可以进一步减小输出电压谐波含量,从而降低了开关频率,减小了滤波电感体积。文中对其工作状态及共模模型进行了分析,并由此得出了逆变器的最佳调制方式以及一种基于该方式的直流支撑电容电压控制策略,并根据该电路的死区效应给出了一种死区补偿方式。针对单相多电平逆变器SPWM调制方式占用系统资源多的问题,对其进行改进,给出了一种单载波SPWM实现方式,并将该方式应用于非对称型单相叁电平逆变器及多电平混合级联型逆变器的调制过程中。介绍了一种矢量调制方式,分析了上述两种方法的优缺点。最后,搭建了单相叁电平逆变器及多电平混合级联型逆变器的实验平台,通过实验验证了本文对于对称型及非对称型单相叁电平逆变器和混合级联型逆变器输出特性的分析结论,以及混合级联型逆变器直流支撑电容电压控制策略和单载波SPWM调制方式的可行性。
朱思国[4]2011年在《级联型逆变器控制方法及其在高压变频领域应用研究》文中研究指明高压变频调速技术是电力电子领域的一个制高点技术,涉及大功率交流电动机的各类负载调速和节能。高压变频器不像低压变频器一样具有成熟一致的拓扑结构。H桥级联型多电平逆变器由于具有模块化工程设计、利用低压元器件实现逆变器高压输出、便于逆变器故障冗余设计等特点而成为高压变频器主要的拓扑结构。H桥级联型逆变器由于需要实时控制众多功率开关器件,其调制方法一直是研究的热点与难点,本文重点研究与提出了适合于H桥级联型逆变器不同的调制方法,并寻找它们之间的相互关联性和规律,对不同调制方法进行了理论分析、仿真与实验验证,为提高H桥级联型逆变器在高压变频领域的控制性能提供了一些有效的方法,本文还对可以四象限运行的回馈级联型逆变器进行了研究。H桥级联型多电平逆变器由于存在多个H桥与众多的功率开关器件需要同步控制,其所需要的调制脉冲相比低压逆变器成倍增加,为了简化级联型逆变器PWM脉冲的求取,“相移原理”是在求出H桥级联型逆变器第一层H桥PWM脉冲后得到其它各层H桥PWM脉冲最简单与直观的方法。本文以H桥级联型逆变器最常用的调制方法—“相移SPWM"为基础,通过改变相移SPWM的“双极性载波”分别为“反向单极性载波”与“同相单极性载波”推出了适合于H桥级联型逆变器的“新型载波反向相移SPWM"与“新型载波同向相移SPWM",该调制方式在一个调制波周期中使功率开关器件有半个周期处于常开或常闭状态,可以有效减小开关损耗。以推出的新型载波相移SPWM为基础,改变其以叁角载波与正弦调制波相比较的脉冲产生方式为电流滞环控制脉冲产生方式推出了适合于H桥级联型逆变器的“变环宽恒频电流滞环控制方法”,其可以实现逆变器实际输出电流对给定电流的快速跟踪。本文以H桥级联型逆变器相移SPWM为基础,改变其脉冲产生方式为SVPWM,推出了适合于H桥级联型逆变器的“相移SVPWM"。SVPWM其在二电平逆变器高性能的矢量控制中得到了广泛运用。SVPWM实质也是由SPWM演变而来,SVPWM仅适用于只有八个开关状态的二电平逆变器,而不能直接运用于拥有大量开关状态的H桥级联型逆变器。本文从H桥级联型逆变器拓扑结构出发,推出了H桥级联型逆变器电压输出实质为其各H桥左桥臂形成的二电平逆变器组与各H桥右桥臂形成的二电平逆变器组输出电压之差,从而利用相移原理与SVPWM推出了适合于H桥级联型逆变器的“相移SVPWM"。本文还对H桥级联型逆变器基于相移SVPWM对电机实行“按转子磁场定向矢量控制”进行了研究。相移原理侧重于H桥级联型逆变器调制脉冲的简易产生与逆变器每相各H桥输出PWM电压的相移迭加,但其很难通过对调制方法的改进来实现级联型逆变器输出性能的优化,为此本文对H桥级联型逆变器45。坐标系下简化空间矢量调制与性能优化进行了研究。H桥级联型逆变器简化空间矢量调制中,需要采样逆变器输出电压在每个采样周期中的电压矢量,此时可以对每个采样周期中单个电压矢量的调制方法进行改变来实现H桥级联型逆变器输出性能的改善。本文对H桥级联型逆变器45。坐标系下“优化开关频率的调制算法”和“抑制逆变器零序电压输出的调制算法”进行了研究,其分别可以有效减小逆变器开关损耗与减小逆变器输出电压在电机中形成的共模电压。本文还对具有回馈功能的H桥级联型逆变器进行了研究,为级联型逆变器在需要四象限运行的场合提供了一定理论基础。对以上本文提出的各种调制方法在理论分析的同时,在文中辅以大量的仿真波形,说明了所提方法的正确性与有效性。本文最后对H桥级联型逆变器在高压变频领域的应用进行了工程化设计。对H桥级联型逆变器主要控制部分电路进行了软硬件设计,其包括：基于FPGA的多路脉冲触发器设计和基于DSP的主控制部分硬件电路设计与软件设计等。对本文所提的各种调制方法在H桥级联型高压变频器工程装置上进行了实验验证,给出了各种实验波形,验证了本文所提各调制方法的正确性,其对促进H桥级联型逆变器在高压变频领域的应用具有很好的工业应用前景。
纪峰[5]2005年在《级联型逆变器的SPWM控制及开路故障诊断技术的研究》文中研究说明本文首先概述了传统的级联型逆变器,即每台级联单元输入电压均相等的级联型逆变器的一些控制方法,然后提出了输入电压不相等(成倍数关系)时的级联型逆变器的控制方法。以两台全桥逆变单元级联为例,分析比较了两台级联逆变单元输入电压相等和成倍数关系两种情况下,级联型逆变器的 SPWM(正弦脉宽调制)控制方法、输出电平数目和谐波特性等方面的性能,并对采用输出电压和电感电流反馈的电流 SPWM 控制方法的级联型逆变器建立了原理样机,分析了各种参数变化对逆变器系统性能的影响,并给出了相应的结论。仿真和实验结果证实了当输入电压成倍数关系时,用本文提出的控制方法,级联型逆变器具有输出电平数目更多、谐波含量更少等优点,而且当级联型逆变器某台级联单元发生故障时,这种控制方法可以使级联型逆变器仍能够正常输出要求的电压。本文最后对级联型逆变器的单个功率管发生开路故障时的诊断进行了初步研究,并提出了一种故障诊断方法,仿真结果表明这种方法实现方便、诊断正确,为进一步研究级联型逆变器的冗余技术打下了基础。
刘敬珺[6]2010年在《H桥级联型多电平逆变器的研究》文中研究表明级联型逆变器由于其具有开关应力小,输出波形优,易于封装和扩展等优点,越来越广泛地应用于中高压变频调速、柔性交流输电和高压直流输电等场合。载波相移SPWM(Carrier Phase-Shifted SPWM,CPS-SPWM)技术能够在较低的开关频率下实现较高等效开关频率的效果,通过低次谐波相互抵消提高等效开关频率,具有良好的谐波特性。在应用于级联型多电平逆变器的各种多电平PWM方法中,载波移相SPWM(CPS-SPWM)方法因其原理相对简单,控制相对容易,在级联型多电平逆变器的控制中获得了广泛应用。本文重点研究H桥级联型多电平逆变器及载波相移SPWM调制策略的基本原理,并进行相关的仿真及系统实验研究。本文首先在分析H桥级联型逆变器及其调制策略的基础上,深入分析级联型多电平逆变器及载波相移SPWM调制策略的原理,为后续仿真及系统实验提供理论依据。其次,基于MATLAB7.1/Simulink仿真平台,对基于载波相移调制下的单相五电平及叁相五电平级联型逆变器进行系统仿真研究,深入地研究不同调制度下逆变器输出的波形,并对输出电压进行谐波分析,进一步阐明载波相移调制策略的相关原理及其应用于H桥级联型多电平逆变器的相关原则。最后,以DSP+FPGA为控制器,构建了叁相两单元H桥级联型五电平逆变器实验平台,进行系统实验研究,得到相关实验结果并对其分析,实现了H桥级联型多电平逆变器的系统运行。
朱思国, 欧阳红林, 晏建玲[7]2012年在《采用滑模变结构直接功率控制的回馈级联型逆变器设计与验证》文中研究指明回馈逆变器因可实现能量的双向流动而广泛运用于负载需要4象限运行的场合。为此,对回馈级联型逆变器(EFCI)进行了深入研究。对回馈级联型逆变器H桥整流部分,实现了滑模变结构直接功率控制(SMVR-DPC),除了可实现H桥有功、无功和直流电压控制外,还可减小逆变器输入电流中的谐波,该方法控制简单,具有很好的动态品质和鲁棒性以及小的总谐波畸变率(THD)。对回馈级联型逆变器H桥逆变部分,为了提高直流电压利用率并减小逆变器输出电流中的谐波,对其在60°坐标系中基于3电平逆变器的简化空间矢量调制进行了研究,该简化空间矢量调制的矢量选取与作用时间计算非常简单。最后,仿真与实验结果验证了所提方法的正确性。
单庆晓, 李永东, 潘孟春[8]2004年在《级联型逆变器的新进展》文中研究指明级联型逆变器作为最早出现的多电平逆变器在大中功率场合得到广泛的应用。在介绍了级联型逆变器的特点、结构、调制和控制手段的基础上,讨论了均衡控制、故障诊断和容错控制,最后介绍了应用情况。
黄凯峰[9]2016年在《基于智能算法的多电平逆变器特定谐波消除控制技术研究》文中进行了进一步梳理多电平逆变器由于输出容量大、开关频率低、输出电压波形质量好及功率因素高等优点,在中高压、大功率的电机调速和电力系统中受到了越来越多的关注。在多电平逆变器调制方法中,SHEPWM具有控制简单、波形质量高,能对谐波进行选择性的消除的优点,因此本文针对多电平逆变器SHEPWM技术做了相关研究,本文的主要内容和创新点如下:针对SHEPWM非线性方程组的求解问题,本文分别采用基于惯性权重动态的PSO和基于实数编码的GASA对其进行求解,它们均弥补了传统数值解法对初值依赖性较大的缺点,且前者克服了传统PSO易陷入局部最优的缺点,迭代次数大大减少,惯性权重的动态变化有效平衡了算法的寻优性能和收敛速度;后者充分利用了GA的全局寻优性能和SA的局部寻优性能,可更加有效、精确的收敛于最优解,并以实数编码保存个体来提高计算精度。以H桥级联型多电平逆变器为研究对象,建立阶梯波调制下的SHEPWM消谐策略和SHEPWM功率均衡策略,提出在输出相电压波形满足1/4周期对称前提下,改变各H桥输出单元的电压波形以达到H桥功率均衡,对比仿真结果比较可得,SHEPWM功率均衡策略可以在减少消谐方程的基础上达到功率均衡。针对级联型多电平逆变器输出侧低次谐波含量较多问题,在SHEPWM控制技术的基础上,结合移相调制,对H桥模块的输出电压幅值和输出电压相位进行综合控制,通过3个开关角度的计算即可消除大量低次谐波,输出线电压的最低次谐波为23次,显着提高了波形的质量。根据上述智能算法的求解结果,绘制相应开关角度轨迹曲线,利用Matlab/Simulink软件搭建多电平逆变器仿真平台,对电压波形和频谱进行仿真验证,证明相应控制策略的可行性和算法求解开关角度的正确性。
霍海龙[10]2015年在《级联型逆变器调制方法改进研究》文中研究指明在常见的多电平拓扑中,级联型拓扑具有模块化实现方便、无需均压控制、易于实现软开关技术等诸多优点,而倍受关注。本文以级联型逆变器为对象,对其调制算法进行分析比较。在前人工作的基础上,重点对其调制算法进行改进,使逆变器输出性能更佳。本文首先对多电平逆变器的发展、分类及应用进行了概述。并阐述了N单元级联型逆变器的工作原理和数学模型。分析了叁种阶梯调制法开关角求解的优缺点。对叁种载波层迭法与载波水平移相法进行了仿真研究,在谐波消去程度上,同相层迭法最优,交替反相层迭次之,正负反相层迭法最差。在载波水平移相基础上,基于控制自由度的思想,注入叁次谐波和零序分量,优化了开关频率,减少了开关损耗,提高了直流电压利用率。并且把级联型主电路结构进行分解,找到了其与叁相两电平逆变器在拓扑结构上的本质联系。其次,结合阶梯调制法和载波移相法的优点,给出一种改进调制算法,改进算法根据调制波的大小,始终保持一个功率单元载波移相控制,其他单元阶梯波调制。设计了开关损耗测量模型,对每个单元的功率管的开关损耗进行测量,该算法能有效的降低开关损耗。针对错时采样SVPWM(STS-SVPWM)技术,需要对每一级功率单元左、右桥臂都采样及矢量合成算法复杂,占大量CPU内存资源的缺点,把移相原理和错时采样思想结合,给出一种延时迭加SVPWM法,该方法能大大简化STS-SVPWM法。最后,利用Matlab对算法进行仿真建模,对比验证了算法的正确性和有效性。仿真表明：改进调制算法能有效的降低开关损耗；单元延时迭加SVPWM法输出性能与STS-SVPWM法大致一样,但算法大大简化。
参考文献：
[1]. 四象限级联型多电平逆变器拓扑及控制策略的研究[D]. 吴凤江. 哈尔滨工业大学. 2007
[2]. 级联型逆变器关键技术研究[D]. 单庆晓. 国防科学技术大学. 2003
[3]. 单相多电平光伏并网逆变器研究[D]. 金渊. 北京交通大学. 2014
[4]. 级联型逆变器控制方法及其在高压变频领域应用研究[D]. 朱思国. 湖南大学. 2011
[5]. 级联型逆变器的SPWM控制及开路故障诊断技术的研究[D]. 纪峰. 南京航空航天大学. 2005
[6]. H桥级联型多电平逆变器的研究[D]. 刘敬珺. 上海交通大学. 2010
[7]. 采用滑模变结构直接功率控制的回馈级联型逆变器设计与验证[J]. 朱思国, 欧阳红林, 晏建玲. 高电压技术. 2012
[8]. 级联型逆变器的新进展[J]. 单庆晓, 李永东, 潘孟春. 电工技术学报. 2004
[9]. 基于智能算法的多电平逆变器特定谐波消除控制技术研究[D]. 黄凯峰. 华东交通大学. 2016
[10]. 级联型逆变器调制方法改进研究[D]. 霍海龙. 太原科技大学. 2015
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