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基于三电平变换器的永磁同步电机快速模型预测控制

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电源学报 2024年

作者：熊川羽张秀青马莉舒思睿熊一柯方超国网湖北省电力有限公司经济技术研究院中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所

基于三电平变换器驱动永磁同步电机时，针对传统模型预测控制策略计算负担大的问题，本文提出一种优化策略。首先对永磁同步电机进行了离散化建模。其次，将Nelder-Mead算法应用到三电平变换器最优电压矢量的选取中，通过不断迭代，以... 详细信息

基于三电平变换器驱动永磁同步电机时，针对传统模型预测控制策略计算负担大的问题，本文提出一种优化策略。首先对永磁同步电机进行了离散化建模。其次，将Nelder-Mead算法应用到三电平变换器最优电压矢量的选取中，通过不断迭代，以获取使电流控制误差最小的电压矢量。最后，结合直流侧电容电压确定输出电压矢量。所提优化策略在一个控制周期仅进行至多7次电流预测。实验验证表明，相较于传统模型预测控制策略，所提优化策略的计算时间减少了约45%，且稳态控制性能未受到影响。同时，所提优化策略具有良好的直流侧电容电压平衡能力。

关键词：永磁同步电机三电平变换器模型预测控制计算效率

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双输出有源中点钳位型三电平变换器的研究

双输出有源中点钳位型三电平变换器的研究

作者：解媛媛东北电力大学

学位级别：硕士

由两个相同配置变换器并联构成的传统双输出变换器使用了成倍的功率开关器件和控制电路,会导致变换器尺寸和成本提高。因此,能减少开关管数量的紧凑型双输出变换器得到越来越多的关注,其将两个变换器的电路耦合在一起,共用一些支路或开... 详细信息

由两个相同配置变换器并联构成的传统双输出变换器使用了成倍的功率开关器件和控制电路,会导致变换器尺寸和成本提高。因此,能减少开关管数量的紧凑型双输出变换器得到越来越多的关注,其将两个变换器的电路耦合在一起,共用一些支路或开关。然而,通过现有的并联公共相支路法以及将两个输出端串联的开关复用法构成的双输出变换器拓扑普遍存在两个输出端调制度受限制,导致直流链路电压利用率较低的问题。同时两个变换器电路的耦合也使控制方案更为复杂,影响了双输出变换器的进一步研究应用。为了解决这些问题,本课题基于有源中点钳位型三电平变换器结构,通过每相增加两个开关管形成了一种具有两组三相交流电压输出端口的双输出ANPC型三电平变换器(Dual-Output Active-Neutral-Point-Clamped Three-Level Converter,DO-ANPC-TLC)拓扑。所提出变换器将两组输出端共用开关管的方式由传统的串联改为并联,使两组输出端的调制度范围不会相互影响。两组输出在同频或异频条件下均可达到最大调制度,提高了直流链路电压利用率。首先,详细描述了双输出ANPC型三电平变换器的拓扑结构。在ANPC变换器拓扑的基础上每相增加两个开关,以形成变换器的第二个输出端口,其调制度范围不受第一个输出端口调制度变化的影响。分析了变换器的工作原理,在不同开关状态下研究了变换器的电流路径、输出相电压电平以及各开关的电压应力,并与同类型变换器拓扑进行了分析比较。其次,针对双输出ANPC型三电平变换器结构特点及工作原理,应用了一种双输出虚拟空间矢量脉宽调制方法,能够控制两组交流输出,并保持直流链路电容电压平衡。为了进一步简化控制过程,研究了一种基于载波的简化双输出虚拟空间矢量脉宽调制(Carrier-Based Simplified Dual-Output Virtual Space Vector Pulse Width Modulation,CB-VSVPWM)策略。然后,说明了双输出ANPC型三电平变换器的器件损耗计算方法,研究了双输出ANPC型三电平变换器的四种换流方式,分析了在各种换流方式下的器件损耗分布,并对器件损耗进行了仿真分析。最后,在MATLAB/Simulink平台搭建仿真模型,针对不同类型负载分别进行了仿真分析。并在实验室中搭建了双输出ANPC型三电平变换器硬件实验平台,在同频和异频模式下进行测试。实验结果表明:(1)两组输出的线电压都为五电平,线电压的谐波主要位于开关频率及其倍数附近。这些谐波的阶数很高,施加到阻感负载上,负载电流呈现良好的正弦波。(2)两个电容电压在不同模式下均能平衡并稳定在100V左右。实验结果证实了所提出变换器的可行性和调制方法的有效性。

关键词：双输出三电平变换器有源中性点钳位电容电压平衡损耗分布

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基于状态分解的三电平变换器交错并联技术

电力电子技术 2024年第1期58卷 111-113页

作者：李伟伟强丹丹花国祥张学广无锡学院自动化学院江苏无锡易214105 南京信息工程大学自动化学院江苏南京210044 哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院黑龙江哈尔滨150001

三电平变换器交错并联技术是满足大容量和高功率应用的重要途径,但传统交错并联难以避免环流较大的缺点。此处提出一种基于状态分解的新型交错并联技术,将两个并联三电平变换器视为一个整体进行调制,利用传统的五电平空间矢量方法计算... 详细信息

三电平变换器交错并联技术是满足大容量和高功率应用的重要途径,但传统交错并联难以避免环流较大的缺点。此处提出一种基于状态分解的新型交错并联技术,将两个并联三电平变换器视为一个整体进行调制,利用传统的五电平空间矢量方法计算出相应开关状态。在此基础上,优先考虑系统环流的影响,将五电平状态灵活地分解为对应的三电平状态。相较于传统交错并联技术,所提出的方法在进一步减小输出电流谐波的同时,还能有效抑制环流幅值,并通过仿真和实验验证了新型交错并联技术的可行性与有效性。

关键词：三电平变换器交错并联环流

基于脉冲波形积分法的三电平变换器的统一建模

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华南理工大学学报（自然科学版） 2004年第2期32卷 37-41,45页

作者：钟小芬吴捷华南理工大学电力学院广东广州510640

针对三电平DC_DC变换器开关数目多 ,开关模态复杂 ,难以用传统建模方法对之进行统一建模 ,用脉冲波形积分法对三电平DC_DC变换器进行建模分析 ,得到了有效的统一模型 .文中以Buck三电平DC_DC变换器为例 ,详细阐明了统一建模原理 ,并给... 详细信息

针对三电平DC_DC变换器开关数目多 ,开关模态复杂 ,难以用传统建模方法对之进行统一建模 ,用脉冲波形积分法对三电平DC_DC变换器进行建模分析 ,得到了有效的统一模型 .文中以Buck三电平DC_DC变换器为例 ,详细阐明了统一建模原理 ,并给出了三电平DC_DC变换器的统一建模方法 .仿真分析与实验验证了理论分析的结果。

关键词：三电平变换器统一建模脉冲波形积分法周期性脉冲函数

一种兼顾二极管钳位型三电平变换器中点电位平衡的窄脉冲处理方法

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电工技术学报 2015年第19期30卷 136-143页

作者：王琛琛管勃北京交通大学电气工程学院北京100044

综合考虑窄脉冲补偿、中点电位平衡控制及其相互影响,提出一种兼顾三电平变换器中点电位平衡的窄脉冲处理方法。该方法直接分析了窄脉冲对调制波的限制,在完全避免窄脉冲的同时对中点电位平衡控制的影响也极小。仿真和实验结果表明,该... 详细信息

综合考虑窄脉冲补偿、中点电位平衡控制及其相互影响,提出一种兼顾三电平变换器中点电位平衡的窄脉冲处理方法。该方法直接分析了窄脉冲对调制波的限制,在完全避免窄脉冲的同时对中点电位平衡控制的影响也极小。仿真和实验结果表明,该方法具有显著的窄脉冲补偿和中点电位平衡控制效果,整体性能明显优于传统的窄脉冲处理方法。

关键词：三电平变换器窄脉冲补偿中点电位平衡零序电压注入

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二极管钳位型三电平变换器开关损耗分析

电工技术学报 2008年第2期23卷 68-75页

作者：陈权王群京姜卫东胡存刚安徽大学电子学院合肥230039 合肥工业大学电气与自动化学院合肥230009

在优化多电平变换器系统性能时必须建立变换器开关损耗模型。通过一些特征参数来表征器件的开关波形,并根据开关波形产生的内在机理分别拟合逼近三电平变换器中快恢复二极管和IGBT的真实开关波形。另外,在分析二极管钳位型三电平变换器... 详细信息

在优化多电平变换器系统性能时必须建立变换器开关损耗模型。通过一些特征参数来表征器件的开关波形,并根据开关波形产生的内在机理分别拟合逼近三电平变换器中快恢复二极管和IGBT的真实开关波形。另外,在分析二极管钳位型三电平变换器半导体器件开通、关断机理的基础上,建立了此类变换器的开关损耗计算模型。实验验证了二极管钳位型三电平变换器的器件开关模型和开关损耗模型的正确性和有效性。

关键词：三电平变换器特性参数开关模型开关损耗

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Buck三电平变换器

电工技术学报 2003年第3期18卷 29-35页

作者：薛雅丽李斌阮新波南京航空航天大学 210016

提出一种Buck三电平变换器 ,该变换器中开关管的电压应力为输入电压的一半 ,采用交错控制方式 ,可以大大减小输出滤波器的大小 ,详细分析Buck三电平变换器的工作原理 ,分析该变换器的输入输出特性 ,讨论主要参数的设计 ,提出一种使输入... 详细信息

提出一种Buck三电平变换器 ,该变换器中开关管的电压应力为输入电压的一半 ,采用交错控制方式 ,可以大大减小输出滤波器的大小 ,详细分析Buck三电平变换器的工作原理 ,分析该变换器的输入输出特性 ,讨论主要参数的设计 ,提出一种使输入分压电容电压均衡的方法 ,并进行实验验证。

关键词：三电平变换器脉宽调制交错控制

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一种采用无源辅助网络的零电压三电平变换器

电工技术学报 2007年第10期22卷 97-102页

作者：孙铁成付雷王宏佳梁联朱雪秦哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院 150001

针对典型的ZVS复合式全桥三电平变换器存在滞后桥臂实现零电压负载范围窄、变压器二次电压过冲大的缺点,提出了一种采用无源辅助网络的改进型拓扑。该拓扑在电路中加入电流增强网络及电压钳位网络,有效地拓宽了滞后桥臂实现零电压开关... 详细信息

针对典型的ZVS复合式全桥三电平变换器存在滞后桥臂实现零电压负载范围窄、变压器二次电压过冲大的缺点,提出了一种采用无源辅助网络的改进型拓扑。该拓扑在电路中加入电流增强网络及电压钳位网络,有效地拓宽了滞后桥臂实现零电压开关范围及抑制了变压器二次电压过冲。详细地分析了该拓扑的基本工作原理,零电压实现的条件以及辅助网络参数的计算,并制作了一台12V/10A的实验样机。实验结果证明了理论分析的正确性及改进拓扑的可行性。

关键词：三电平变换器零电压开关辅助网络

考虑最佳开关序列的三电平变换器非正交坐标系空间矢量调制简化算法

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电工技术学报 2019年第A1期34卷 181-188页

作者：李伟伟张学广万梓燊赵旖旎徐殿国哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院哈尔滨150001 中国空间技术研究院通信卫星事业部北京100084

在三电平变换器的控制过程中,相较于传统正交坐标系下的空间矢量调制算法,60°非正交坐标系算法能够大大简化计算过程,因此得到了广泛应用。但是在最佳开关序列的实现过程中,如果仍采用和正交坐标系算法一样的查表方法,则无法充分发挥... 详细信息

在三电平变换器的控制过程中,相较于传统正交坐标系下的空间矢量调制算法,60°非正交坐标系算法能够大大简化计算过程,因此得到了广泛应用。但是在最佳开关序列的实现过程中,如果仍采用和正交坐标系算法一样的查表方法,则无法充分发挥该算法在简单性和直观性方面的优势。从60°非正交坐标系矢量空间的独特对称性出发,在传统最佳开关序列实现方法的基础上,提出一种仅需两步排序即可完成的简化方法,既便捷地实现了最佳开关序列,又充分发挥了非正交坐标系简化计算的优势。通过仿真和实验对所提算法的有效性进行了验证,结果表明,该简化算法能够实现与正交坐标系算法一致的输出波形质量和谐波性能。

关键词：三电平变换器空间矢量调制非正交坐标系最佳开关序列