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变负载功率因数模块化多电平变流器不连续调制策略

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变负载功率因数模块化多电平变流器不连续调制策略

作者：马兰港天津工业大学

学位级别：硕士

模块化多电平变流器(Modular multilevel converter,MMC)具有易扩展、谐波含量少、输出电压等级高等优点,从而得到广泛的应用。各国学者针对MMC的调制策略、电容电压均衡策略和相间环流抑制策略等方面展开深入研究。伴随着MMC应用的电... 详细信息

模块化多电平变流器(Modular multilevel converter,MMC)具有易扩展、谐波含量少、输出电压等级高等优点,从而得到广泛的应用。各国学者针对MMC的调制策略、电容电压均衡策略和相间环流抑制策略等方面展开深入研究。伴随着MMC应用的电压等级不断提高,桥臂需要串联更多的子模块,开关损耗与电容电压平衡问题将影响变流器的工作效率与输出性能。本文提出了一种针对负载功率因数自适应改变箝位区间的不连续调制策略,并对开关损耗、电容电压波动问题展开深入研究。本文首先对MMC调制策略、电容电压均衡策略和相间环流抑制策略的研究现状进行介绍。阐述了MMC的拓扑结构与工作原理,并对MMC主电路参数的选择以及数学模型进行了详细分析。同时,对MMC载波移相策略的调制原理进行分析。在此基础上,重点分析了传统不连续调制策略和基于附加旋转的不连续调制策略。传统不连续调制策略对负载的适应性较差;基于附加旋转的不连续调制策略输出波形质量较差且子模块较多时实现困难。因此,本文提出了基于负载功率因数自适应的不连续调制策略,根据对负载功率因数角的实时检测选择箝位区间的中点。并且,本文将基波周期细分为48个扇区,可以实现7.5°至60°变宽度箝位。最后,为了解决传统调制方案中调制信号对每个SMs充放电功率不平衡的问题,对电容电压动态平衡算法进行了深入分析。为了验证本文所提策略的有效性和可行性,首先通过MATLAB/Simulink仿真软件对变负载功率因数工况下MMC不连续调制策略进行仿真验证。其次,搭建基于RT-LAB的MMC快速原型实验系统。通过对不同调制度和不同箝位宽度的仿真数据和实验数据进行图像拟合,针对开关损耗、电容电压波动和谐波畸变率进行仿真结果和实验结果的对比分析。最终证明了变负载功率因数工况下MMC不连续调制策略对降低开关损耗和抑制电容电压波动的有效性。

关键词：模块化多电平变流器不连续调制电容电压波动开关损耗

三电平逆变器同步不连续空间矢量调制输出电流优化策略

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电工技术学报 2019年第5期34卷 924-933页

作者：谷鑫刘潮张国政史婷娜夏长亮天津市电机系统先进设计与智能控制技术工程中心(天津工业大学) 天津300387 天津大学电气自动化与信息工程学院天津300072

以中点钳位型三电平逆变器为研究对象,对同步不连续空间矢量调制展开研究,提出一种平均误差电流矢量幅值最小的输出电流优化策略。首先对同步不连续调制开关序列构成原则进行研究,根据各参考矢量所处区域将调制度进行分段,对空间矢量平... 详细信息

以中点钳位型三电平逆变器为研究对象,对同步不连续空间矢量调制展开研究,提出一种平均误差电流矢量幅值最小的输出电流优化策略。首先对同步不连续调制开关序列构成原则进行研究,根据各参考矢量所处区域将调制度进行分段,对空间矢量平面进行合理划分。其次依据同步性与对称性原则,确定各调制度区段内的备选开关序列,并将零电平钳位状态开关序列加入备选序列,扩充了备选开关序列集合。最后计算各开关序列对应的平均误差电流矢量幅值,以平均误差电流矢量幅值最小为原则,确定线性调制范围内的最优作用开关序列。仿真与实验结果表明,该优化调制策略能有效降低输出电流谐波畸变率,实现对逆变器输出电流质量的优化。

关键词： NPC型三电平逆变器同步空间矢量调制不连续调制输出电流谐波

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低压变频器的不连续脉宽调制研究

电力电子技术 2016年第6期50卷 94-96页

作者：高成海万健如李广军户伟玉天津大学电气与自动化工程学院天津300072 西门子电气传动有限公司天津300384

在应用空间矢量调制的基础上,为实现变频器的更高性能和满足特定应用要求,可采用不连续调制方式,因此需对其特性进行深入研究。在此详细分析了低压变频器中边缘调制和平顶调制的特点,运用不连续调制的谐波分析方法以及调制方式与电压获... 详细信息

在应用空间矢量调制的基础上,为实现变频器的更高性能和满足特定应用要求,可采用不连续调制方式,因此需对其特性进行深入研究。在此详细分析了低压变频器中边缘调制和平顶调制的特点,运用不连续调制的谐波分析方法以及调制方式与电压获得率关系等理论,研究了其对提高输出电压、降低输出谐波的影响以及调制方式切换过程和切换后变频器运行性能变化。结果表明经过优化的不连续调制应在适当的输出频率区间使用,可有效提高变频器输出电压5%,同时降低开关损耗且符合谐波要求。

关键词：变频器不连续调制谐波比较输出电压

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多电平逆变器不连续空间矢量调制策略的研究

电力电子技术 2005年第5期39卷 15-17页

作者：周京华沈传文苏彦民西安交通大学陕西西安710049

在常规2电平空间矢量不连续调制策略的基础上,对应用于多电平逆变器的相应调制策略进行了研究。针对(Space Vector Pulse Width Modulation,SVPWM)不连续调制策略带来的输出电压不对称的缺点,提出了一种适用于欠调制区的不连续调制方法... 详细信息

在常规2电平空间矢量不连续调制策略的基础上,对应用于多电平逆变器的相应调制策略进行了研究。针对(Space Vector Pulse Width Modulation,SVPWM)不连续调制策略带来的输出电压不对称的缺点,提出了一种适用于欠调制区的不连续调制方法。实验结果证明,该方法既可减少开关损耗又可满足输出波形对称、输出谐波畸变率小的要求,是一种较为优良的应用于欠调制区域的调制方法。

关键词：逆变器/多电平不连续调制欠调制区

三相逆变器最小波动不连续脉宽调制技术的研究及其实现

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三相逆变器最小波动不连续脉宽调制技术的研究及其实现

作者：王旭龙华中科技大学

学位级别：硕士

三相逆变器的功能是将直流电转换为三相交流电,作为在工业领域中广泛应用的一种电能变换装置,具有非常重要的作用。三相逆变器的实际应用平台包括光伏发电、风力发电、电机调速、直流稳压电源、不间断供电电源、舰船综合电力系统和电磁... 详细信息

三相逆变器的功能是将直流电转换为三相交流电,作为在工业领域中广泛应用的一种电能变换装置,具有非常重要的作用。三相逆变器的实际应用平台包括光伏发电、风力发电、电机调速、直流稳压电源、不间断供电电源、舰船综合电力系统和电磁轨道炮等。因此,研究改善三相逆变器性能的技术,具有较高的理论和工业价值。三相逆变器的重要性能指标主要有直流电压利用率、共模电压、总谐波畸变率和开关损耗等。改善这些性能指标的主要方法是优化设计脉冲宽度调制算法,如空间矢量调制、三次谐波正弦脉宽调制、最大最小平均值调制和不连续脉宽调制等。这些调制技术虽然使逆变器的线性调制指数能够达到理论最大值,但是会给共模电压、开关损耗和电压畸变带来不利影响。本课题提出一种最小波动不连续脉宽调制技术,该调制技术的调制波中注入了最小变化的不连续脉宽调制4型的零序信号。通过理论分析,该技术能够使逆变器具有高直流电压利用率,同时改善逆变器共模电压、电压畸变和开关损耗的性能指标。为了验证该算法的可行性和有效性,本课题搭建了三相逆变器和调制算法的仿真及实际实验平台。关于仿真实现方面,本课题利用Matlab软件的Simulink模块对逆变电路和调制算法进行了仿真。关于实际平台实现方面,本课题设计了逆变器硬件电路和控制软件代码,该逆变器主电路采用了智能功率模块FNB51560T1,而输入逆变器的脉冲宽度调制驱动信号由数字信号处理器TMS320F2812生成。通过仿真和实际平台的实验,研究了在最小波动不连续脉宽调制算法下的逆变器性能,并与常规调制算法的实验结果进行了比较分析。实验结果验证了该调制算法对逆变器综合性能的提升效果:该算法不仅可以提升三相逆变器的直流电压利用率,同时还能降低共模电压三次谐波,总谐波畸变率和开关损耗也较低。

关键词：最小波动调制不连续调制线性调制开关损耗总谐波畸变率共模电压

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多电平逆变器不连续空间矢量调制策略的研究

多电平逆变器不连续空间矢量调制策略的研究

适用于大功率三电平中点钳位整流器的SVPWM和DPWM策略研究

全国冶金自动化信息网2008年会

作者：周京华陈亚爱李正熙北方工业大学机电工程学院北方工业大学机电工程学院北方工业大学机电工程学院

在常规两电平空间矢量不连续调制策略的基础上,对应用于多电平逆变器的相应调制策略进行了研究。针对SVPWM不连续调制策略带来的输出电压不对称的缺点,本文提出了一种适用于欠调制区的不连续调制方法,实验结果证明此种方法既可减少开关... 详细信息

在常规两电平空间矢量不连续调制策略的基础上,对应用于多电平逆变器的相应调制策略进行了研究。针对SVPWM不连续调制策略带来的输出电压不对称的缺点,本文提出了一种适用于欠调制区的不连续调制方法,实验结果证明此种方法既可减少开关损耗又可满足输出波形对称性、输出谐波畸变率小的要求,是一种较为优良的应用于欠调制区域的调制方法。

关键词：多电平逆变器不连续调制欠调制区

来源： cnki会议评论

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电工技术学报 2020年第23期35卷 4864-4876页

作者：高瞻李耀华葛琼璇赵鲁张波中国科学院电力电子与电气驱动重点实验室(中国科学院电工研究所) 北京100190 中国科学院大学北京100049

大功率三电平中点钳位(NPC)整流器在满足网侧谐波电流限值、直流侧中点电压平衡和避免相电压两电平跳变(TLJ)的前提下,要尽可能降低开关频率。基于以上功能需求,首先分析了空间矢量脉冲宽度调制(SVPWM)和不连续脉冲宽度调制(DPWM)的基... 详细信息

大功率三电平中点钳位(NPC)整流器在满足网侧谐波电流限值、直流侧中点电压平衡和避免相电压两电平跳变(TLJ)的前提下,要尽可能降低开关频率。基于以上功能需求,首先分析了空间矢量脉冲宽度调制(SVPWM)和不连续脉冲宽度调制(DPWM)的基本原理,介绍了传统的四种SVPWM开关序列和八种DPWM开关序列并对比了各自作用下的相电压波形。针对传统SVPWM相电压存在的TLJ和开关频率较高缺陷,提出两种改进型SVPWM开关序列;针对传统DPWM相电压存在的TLJ,提出两种改进型DPWM开关序列。在此基础上,该文从TLJ、开关频率、中点电压自平衡能力、谐波总畸变率(THD)和各次谐波电流含量等方面对SVPWM和DPWM的性能进行了详细分析,总结了适用于大功率三电平NPC整流器的三种SVPWM开关序列。最后搭建三电平NPC变流器样机,通过实验验证了所提出改进型开关序列的有效性。

关键词：三电平中点钳位整流器空间矢量调制不连续调制两电平跳变降低开关频率

一种基于平均误差电流矢量幅值的三电平逆变器输出波形质量评价方法

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中国电机工程学报 2017年第21期37卷 6410-6417页

作者：张国政阎彦王志强夏长亮天津大学电气与自动化工程学院天津市南开区300072 天津市电机系统先进设计与智能控制技术工程中心天津市西青区300387

该文以应用于中压大功率电机驱动的三电平逆变器为对象,针对同步空间矢量调制策略,提出一种逆变器输出电流波形质量的评价方法。通过建立一个采样周期内误差电流矢量终端轨迹三角形的重心与平均误差电流矢量幅值之间的等效关系,推导得... 详细信息

该文以应用于中压大功率电机驱动的三电平逆变器为对象,针对同步空间矢量调制策略,提出一种逆变器输出电流波形质量的评价方法。通过建立一个采样周期内误差电流矢量终端轨迹三角形的重心与平均误差电流矢量幅值之间的等效关系,推导得到不同开关序列作用下逆变器平均误差电流矢量幅值的表达式。在此基础上,进一步推导得到不同调制策略在一个基波周期内平均误差电流矢量幅值的表达式。以连续同步空间矢量和5种不连续同步空间矢量调制策略为例,将根据表达式计算得到的平均误差电流矢量幅值与根据傅里叶分析得到的输出电流总需求谐波畸变率进行比较,两者结果一致,验证该文提出的评价方法的正确性。所以该文提出的评价方法对于各种同步空间矢量调制策略输出波形质量的比较和开关序列的优化设计具有指导意义。

关键词：三电平逆变器同步空间矢量调制连续调制不连续调制输出电流波动

基于T型三电平变换器的优化损耗分布控制策略

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电力系统保护与控制 2023年第24期51卷 66-76页

作者：周思邈马伏军许明春丁红旗黄格林章程王俊攀国网江苏省电力有限公司镇江供电分公司江苏镇江212001 湖南大学电气与信息工程学院湖南长沙410082 华能集团湖南分公司湖南长沙410082

T型三电平变换器在常规调制策略下,存在着严重的内管外管损耗不均的问题。当变换器的调制比低于0.57时,T型三电平变换器的内管温升明显高于外管温升,这个问题在低电压穿越(low voltage ride through, LVRT)运行时更为严峻,将威胁变换器... 详细信息

T型三电平变换器在常规调制策略下,存在着严重的内管外管损耗不均的问题。当变换器的调制比低于0.57时,T型三电平变换器的内管温升明显高于外管温升,这个问题在低电压穿越(low voltage ride through, LVRT)运行时更为严峻,将威胁变换器的长期可靠运行。为此,提出了一种基于损耗优化分布的不连续脉宽调制策略,在空间矢量图的对应区域采用新的开关序列,每相采用钳位到直流侧正极或直流侧负极的钳位方式,进而实现外管内管电流的重新分配。新调制策略采用五段式发波,不仅有效改善了内外管损耗的分布,还能提高变换器整体效率;通过冗余小矢量互补的序列,维持中点电压的平衡;新调制策略具有统一的载波调制实现方式。最后,通过电气-热联合仿真,验证了所提损耗优化分布调制策略的有效性。

关键词： T型三电平变换器损耗均衡不连续调制中点电压控制

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