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级联H桥多电平逆变器调制策略及在光伏并网系统中的应用

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级联H桥多电平逆变器调制策略及在光伏并网系统中的应用

作者：童子威华东交通大学

学位级别：硕士

近年来,多电平逆变器技术已经广泛应用于中高压大功率工业领域,其中级联H桥型（Cascaded-H Bridge Mulitilevel inverter,CHB）多电平逆变器由于输出电压谐波含量少、易于模块化扩展和无直流电容均压等问题已经成为了高压大功率变换技... 详细信息

近年来,多电平逆变器技术已经广泛应用于中高压大功率工业领域,其中级联H桥型（Cascaded-H Bridge Mulitilevel inverter,CHB）多电平逆变器由于输出电压谐波含量少、易于模块化扩展和无直流电容均压等问题已经成为了高压大功率变换技术的研究热点。然而CHB逆变器需要较多的直流电源,随着近年来光伏发电技术的广泛应用,每一个光伏组件就是一个直流源,因此可以很好的将其运用到光伏领域。本文以CHB多电平逆变器为研究对象,对CHB多电平逆变器的调制方法与CHB多电平逆变器应用在光伏并网系统中的功率平衡控制方法进行深入研究,主要的研究内容如下:针对对称型CHB多电平逆变器传统调制方法中存在各级联H单元输出功率不均衡问题,文中在分析了传统调制方法的调制原理的基础上,提出一种新型功率均衡调制方法,该方法基于占空比优化控制原理,利用载波重构方法对PWM调制方式中的三角载波进行循环重构,通过调整单个传统载波在垂直方向的排布进而重构出新的循环载波,并详细推导了在全调制度下各级联H单元基于输出电压占空比控制的平均输出功率的表达式,并以CHB七电平逆变器为例对方法进行了详细的理论证明与分析。针对Ⅱ型混合不对称CHB多电平逆变器传统功率调制策略中存在级联H单元电流倒灌和功率倒灌的问题,本文在对基于传统调制策略的混合Ⅱ型不对称CHB多电平逆变器输出电压特性进行了详细的分析上,并提出一种改进的新型单极倍频混合调制策略,通过对传统调制方法下所得功率器件的开关脉冲进行分区间的逻辑运算与组合,不仅可以解决传统调制策略中电流倒灌和能量反馈问题,而且在保证等效开关频率不变的情况下,最大开关频率比传统调制策略降低了一半,同时改善了逆变器输出电压波形的谐波特性,保证了输出电能质量和效率,提高了系统的使用寿命和可靠性。针对CHB光伏并网逆变器由于光照和温度等其他因素导致的逆变器存在功率不平衡问题,本文首先研究并建立CHB光伏逆变器功率数学模型,介绍了传统的三次谐波注入法功率平衡控制策略的原理,并提出一种基于混合功率平衡控制调制策略。该方法在保证光伏CHB逆变器总的直流侧输出电压稳定在最大功率点的前提下,在出现不同光伏组件输出功率不一致时通过混合控制方法对各级联H单元实现“方波+PWM+排序算法”方式控制,分别对各级联H单元的调制信号进行重新分配与调整,与其他方法相比,该方法不但扩大了系统在光伏组件发电不平衡条件下的运行范围,实现了独立MPPT下的功率平衡控制,同时使逆变器能够在正常和光照不均匀条件下稳定输出最大功率。

关键词：级联H桥多电平逆变器调制策略功率均衡光伏并网混合调制

电容电压自均衡多电平逆变器SHEPWM控制策略研究

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高电压技术 2022年第5期48卷 1952-1960页

作者：叶满园苗志林陈子豪童子威彭瑞凡华东交通大学电气与自动化工程学院南昌330013

在传统多电平逆变器的基础上,采用一种基于开关电容的多电平逆变器拓扑结构,单电源时输出七电平和级联时输出十三电平电压。该拓扑结构通过电源和电容串并联的不同组合,能够以比较少的开关器件获得较多的电平数,通过基于遗传算法的特定... 详细信息

在传统多电平逆变器的基础上,采用一种基于开关电容的多电平逆变器拓扑结构,单电源时输出七电平和级联时输出十三电平电压。该拓扑结构通过电源和电容串并联的不同组合,能够以比较少的开关器件获得较多的电平数,通过基于遗传算法的特定谐波消除(selective harmonic elimination-pulse width modulation,SHE-PWM)控制策略,消除指定的低次谐波对电路的影响,并对电容的充放电过程及电容的纹波电压进行了理论分析,证明电容电压可以在不用任何复杂的控制策略和附加电路的情况下实现自均衡。最后搭建了七电平和级联十三电平电路的Matlab/Simulink仿真模型和实验平台,通过仿真和实验验证了此控制策略的可行性和有效性。

关键词：开关电容电压自均衡七电平逆变器特定谐波消除单电源级联

一种新型CHB多电平逆变器功率均衡调制策略

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高电压技术 2022年第6期48卷 2347-2356页

作者：李宋童子威叶满园彭瑞凡陈子豪苗志林华东交通大学电气与自动化工程学院南昌330013

传统调制策略难以使级联H桥多电平逆变器同时具有较优的输出电压谐波特性以及实现各级联单元间功率均衡,针对该问题提出了一种基于载波循环控制的新型调制策略。该调制策略通过调整单个传统载波在垂直方向的排布进而重构出新的循环载波... 详细信息

传统调制策略难以使级联H桥多电平逆变器同时具有较优的输出电压谐波特性以及实现各级联单元间功率均衡,针对该问题提出了一种基于载波循环控制的新型调制策略。该调制策略通过调整单个传统载波在垂直方向的排布进而重构出新的循环载波,并详细推导了在全调制度下各级联单元平均输出功率的表达式,结果表明该调制策略不但可以得到最优的输出电压谐波特性,同时还能够使各级联单元之间实现级联单元间功率均衡,最后搭建的仿真模型和实验平台均证实了所提新型功率均衡调制策略的可行性和有效性。

关键词：级联多电平逆变器全调制度载波循环重构调制策略平均输出功率功率均衡控制

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七电平逆变器电容电压自均衡控制策略研究

高电压技术 2022年第7期48卷 2785-2793页

作者：李宋苗志林叶满园陈子豪童子威彭瑞凡华东交通大学电气与自动化工程学院南昌330013

在传统多电平逆变器的基础上,采用一种基于开关电容的新型七电平逆变器拓扑,针对此结构提出了一种改进型的同相层叠(in-phase disposition,IPD)载波调制方法。该策略通过调整传统IPD调制载波在正弦调制波周期内水平方向的自由度,减少了... 详细信息

在传统多电平逆变器的基础上,采用一种基于开关电容的新型七电平逆变器拓扑,针对此结构提出了一种改进型的同相层叠(in-phase disposition,IPD)载波调制方法。该策略通过调整传统IPD调制载波在正弦调制波周期内水平方向的自由度,减少了半数的载波,大幅降低控制的难度,对其中的两个载波进行周期性互换,从而实现开关电容的电压自均衡。同时以单相七电平逆变器为例,对该结构的效率进行了详细的分析。最后通过搭建相应的Matlab/Simulink仿真和小功率实验平台验证调制方法和拓扑结构的有效性和实用性。

关键词：七电平逆变器开关电容电压自均衡 IPD 改进型控制策略

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混合级联九电平逆变器功率均衡调制策略研究

中国电机工程学报 2021年第18期41卷 6350-6360页

作者：叶满园彭瑞凡童子威陈子豪苗志林华东交通大学电气与自动化工程学院江西省南昌市330013

三单元混合级联多电平逆变器可以使用较少的开关器件实现高质量电压输出,但其在传统的混合频率调制策略下存在低压单元开关损耗及级联单元间输出功率不均衡等问题。基于此,首先,提出一种改进型混合调制策略,并推导改进型混合调制策略下... 详细信息

三单元混合级联多电平逆变器可以使用较少的开关器件实现高质量电压输出,但其在传统的混合频率调制策略下存在低压单元开关损耗及级联单元间输出功率不均衡等问题。基于此,首先,提出一种改进型混合调制策略,并推导改进型混合调制策略下级联单元输出电压基波表达式,进而得出各级联单元平均输出功率表达式;然后,对改进型混合调制策略进行功率均衡优化,在保留改进型混合调制策略输出电压谐波性能良好的前提下,通过改造PD调制策略的三角载波,有效均衡低压单元开关损耗,通过控制高压单元输出脉冲宽度实现全幅值调制度下级联单元间输出功率自均衡控制;最后,通过仿真和实验验证所提功率均衡调制策略理论分析的正确性和可行性。

关键词：混合多电平逆变器调制策略优化谐波特性载波改造功率均衡

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改进的新型Ⅱ型不对称CHB逆变器调制策略

高电压技术 2021年第6期47卷 2186-2194页

作者：叶满园童子威陈子豪苗志林彭瑞凡华东交通大学电气与自动化工程学院南昌330013

级联H桥多电平逆变器具有高质量的输出特性及实用性,然而传统的不对称级联H桥多电平逆变器的调制策略会产生电流倒灌及能量反馈的问题。针对该问题,提出了一种单极倍频的Ⅱ型不对称级联H桥逆变器的调制策略,对该调制频率下所得脉冲进行... 详细信息

级联H桥多电平逆变器具有高质量的输出特性及实用性,然而传统的不对称级联H桥多电平逆变器的调制策略会产生电流倒灌及能量反馈的问题。针对该问题,提出了一种单极倍频的Ⅱ型不对称级联H桥逆变器的调制策略,对该调制频率下所得脉冲进行分区间的逻辑运算与组合,不仅可以解决传统调制策略中电流倒灌和能量反馈问题,而且最大开关频率比传统调制策略降低了1/2,同时改善了逆变器输出电压波形的谐波特性,保证了输出电能质量和效率。所搭建的仿真模型和实验结果均证实了该调制策略的可行性和有效性。

关键词：不对称级联H桥多电平逆变器单极倍频分区间逻辑运算电流倒灌最大开关频率

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电容电压自均衡七电平逆变器研究

高电压技术 2021年

作者：叶满园苗志林陈子豪童子威彭瑞凡华东交通大学电气与自动化工程学院

在传统多电平逆变器的基础上，采用一种基于开关电容的多电平逆变器拓扑结构，单电源时输出七电平和级联时输出十三电平电压。此外，该拓扑结构通过电源和电容串并联的不同组合，能够以比较少的开关器件获得较多的电平数，并对电容的充... 详细信息

在传统多电平逆变器的基础上，采用一种基于开关电容的多电平逆变器拓扑结构，单电源时输出七电平和级联时输出十三电平电压。此外，该拓扑结构通过电源和电容串并联的不同组合，能够以比较少的开关器件获得较多的电平数，并对电容的充放电过程及电容的纹波电压进行了理论分析，证明电容电压可以在不用任何复杂的控制策略和附加电路的情况下实现自均衡。最后搭建了七电平和级联十三电平电路的Matlab/Simulink仿真模型和实验平台，通过仿真和实验验证了此拓扑结构的可行性和有效性。

关键词：开关电容电压自均衡七电平逆变器特定谐波消除

基于IPD调制的电容钳位型多电平逆变器功率均衡控制策略

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高电压技术 2020年第9期46卷 3212-3219页

作者：叶满园魏麒文章俊飞陈子豪苗志林童子威华东交通大学电气与自动化工程学院南昌330013

针对电容钳位型非对称H桥级联多电平逆变器多载波调制策略中存在的功率均衡问题,在基于载波同相层叠(in-phase disposition,IPD)调制策略的基础上,对载波自由度进行改进,提出了一种新颖的载波同相交错层叠控制方法。该方法是将半个输出... 详细信息

针对电容钳位型非对称H桥级联多电平逆变器多载波调制策略中存在的功率均衡问题,在基于载波同相层叠(in-phase disposition,IPD)调制策略的基础上,对载波自由度进行改进,提出了一种新颖的载波同相交错层叠控制方法。该方法是将半个输出周期内的脉冲序列在各级联单元间进行循环,经过1个周期后能够实现各级联单元间的功率均衡,而且兼有载波同相层叠调制良好的消谐特性。以2单元电容钳位非对称H桥级联多电平为例,对该功率均衡控制策略的原理进行了分析,并通过仿真和实验结果验证该控制策略的正确性与可行性。

关键词：电容钳位非对称H桥自由度载波同相层叠载波同相交错层叠功率均衡控制策略

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攒厚家底兴村富民 005

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