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消除偶次谐波的三电平NPC逆变器调制方法

电力系统及其自动化学报 2011年第1期23卷 80-85页

作者：刘斌薛毓强福州大学电气工程与自动化学院福州350108

针对传统空间矢量脉宽调制(SVPWM)方法的矢量选取方案使得二极管箝位型(NPC)三电平逆变器输出电压产生偶次谐波的缺陷,提出了一种能消除偶次谐波的改进型矢量选取方案。该方案在分析传统SVPWM产生偶次谐波机理的基础上,通过改进SVPWM中... 详细信息

针对传统空间矢量脉宽调制(SVPWM)方法的矢量选取方案使得二极管箝位型(NPC)三电平逆变器输出电压产生偶次谐波的缺陷,提出了一种能消除偶次谐波的改进型矢量选取方案。该方案在分析传统SVPWM产生偶次谐波机理的基础上,通过改进SVPWM中各矢量的作用顺序,使得逆变器输出电压半波奇对称,从而达到消除偶次谐波、抑制中点电压漂移的目的。同时,为避免进行复杂的三角运算,采用了基于60°坐标系的SVPWM方法以利于实时控制。仿真证明了上述方案的有效性。

关键词：偶次谐波消除二极管箝位型三电平逆变器矢量选取空间矢量调制半波奇对称

NPC型三电平逆变器SVPWM控制方法及中点电位平衡研究

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中国测试 2012年第5期38卷 75-79页

作者：李萍刘国忠北京信息科技大学北京100192

二极管箝位型(NPC)三电平逆变器在中、高压大容量功率变换装置中的需求越来越迫切,目前已成为研究的热点。讨论利用功率开关所生成的不同电压矢量优化合成旋转参考空间电压矢量及各矢量作用时间分配的方案,实现SVPWM控制策略驱动逆变器... 详细信息

二极管箝位型(NPC)三电平逆变器在中、高压大容量功率变换装置中的需求越来越迫切,目前已成为研究的热点。讨论利用功率开关所生成的不同电压矢量优化合成旋转参考空间电压矢量及各矢量作用时间分配的方案,实现SVPWM控制策略驱动逆变器;讨论实时改变控制负小矢量作用时间的系数以平衡直流侧母线中点电位的问题。仿真结果验证了NPC三电平逆变器SVPWM控制策略的正确性及中点电位平衡控制的有效性。

关键词：二极管箝位型三电平逆变器空间电压矢量脉宽调制中点电位平衡仿真

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三电平逆变器死区补偿策略研究

工矿自动化 2013年第5期39卷 55-59页

作者：杨宁张林许春雨太原理工大学电气与动力工程学院山西太原030024 山东电力集团公司泰安供电公司山东泰安271400

分析了二极管箝位型三电平逆变器死区效应及其电路工作原理,提出了一种适用于基于双层载波调制的二极管箝位型三电平逆变器的死区补偿方法。该方法通过在不同的电流流通路径合理调整触发脉冲的死区时间,实现了电平转换不受死区时间的影... 详细信息

分析了二极管箝位型三电平逆变器死区效应及其电路工作原理,提出了一种适用于基于双层载波调制的二极管箝位型三电平逆变器的死区补偿方法。该方法通过在不同的电流流通路径合理调整触发脉冲的死区时间,实现了电平转换不受死区时间的影响,即避免或者减小了死区效应。仿真结果表明,与普通的死区补偿方法相比,该方法降低了5次、7次谐波含量和总谐波畸变率,提高了电流有效值,具有更好的补偿效果。

关键词：二极管箝位型三电平逆变器死区效应死区补偿双层载波调制开关互补

三电平船舶岸电供电电源等价输入干扰的重复控制研究

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三电平船舶岸电供电电源等价输入干扰的重复控制研究

作者：崔幔燕山大学

学位级别：硕士

伴随市场经济的多元化及竞争加剧,我国对外贸易行业迈入了蓬勃发展的新阶段,越来越多国家和地区的运输商船来到我国的港口中转或者维修。基于国际上多数船舶采用440V/60Hz的供电电制,而我国使用380V/50Hz交流电制的情况,在我国的码头就... 详细信息

伴随市场经济的多元化及竞争加剧,我国对外贸易行业迈入了蓬勃发展的新阶段,越来越多国家和地区的运输商船来到我国的港口中转或者维修。基于国际上多数船舶采用440V/60Hz的供电电制,而我国使用380V/50Hz交流电制的情况,在我国的码头就需要安装电气装备对二者的电压及频率进行转变。传统的变换装置主要采用以柴油为燃料的发电机组,它不仅效率低、损耗大,最主要是带来了严重的环境污染问题,所以低压船舶岸电电源(简称岸电电源,SPS)的提出是适时且必要的。低压船舶岸电电源摒弃了过去使用的柴油发电装置,转而利用清洁的电力电子器件通过交流-直流-交流的变换环节将380V/50Hz交流电转变为440V/60Hz交流电,其次岸电电源具有效率高,污染小等优点,所以具有广阔的应用前景。本文就岸电电源的主要问题及其控制方式展开讨论。首先,简单介绍了岸电电源的工作原理,就其主电路二极管箝位型三电平逆变器部分进行了详细的论述。介绍了三电平逆变电路的工作过程,同时采用SVPWM算法对系统进行了控制,分析了SVPWM算法在90°坐标和60°坐标下的工作原理,并进行了仿真验证。同时利用模糊控制原理对中点箝位型三电平逆变器直流侧中点电压电位不平衡的现象进行了调制,通过Matlab仿真验证了控制原理的可行性。其次,为了消除岸电电源控制系统中周期性以及非周期性的各种干扰,本文应用重复控制结合等价输入干扰估计器的复合控制,即采用双闭环的控制结构以实现消除输出电压中干扰的目的,并搭建了双闭环Matlab仿真模型。通过开闭环Matlab仿真结果的对比,验证了双闭环控制策略的优越性。最后,本文以理论分析为基础搭建了岸电电源的实验平台,以并TMS320F2812为核心进行了程序编写。对以二极管箝位型三电平逆变器为基础的的岸电电源进行了实验验证,仿真结果和实验结果均与理论分析一致,验证了岸电电源控制方案的可行性。

关键词：岸电电源二极管箝位型三电平逆变器重复控制等价输入干扰 SVPWM

二极管箝位型三电平双三相永磁同步电机控制策略研究

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二极管箝位型三电平双三相永磁同步电机控制策略研究

作者：陈健东南大学

学位级别：硕士

论文以多电平多相交流电机驱动系统在中压大功率牵引场合的应用为背景,在继承众多研究成果的基础上,对二极管箝位型三电平(NPC-3L)双三相永磁同步电机(PMSM)在正常和故障状态下的控制系统进行了详细研究和论证。通过交流磁势分析法,揭... 详细信息

论文以多电平多相交流电机驱动系统在中压大功率牵引场合的应用为背景,在继承众多研究成果的基础上,对二极管箝位型三电平(NPC-3L)双三相永磁同步电机(PMSM)在正常和故障状态下的控制系统进行了详细研究和论证。通过交流磁势分析法,揭示了双三相电机在消除空间谐波磁势上的优越性能,建立了双三相PMSM在静止坐标系、双同步坐标系以及矢量空间解耦变换下的数学模型和等效电路。针对NPC三电平六相逆变器,详细分析和设计了三种脉宽调制策略(PWM)：载波层叠比较脉宽调制策略(CDB-PWM)、双三相空间矢量脉宽调制策略(DT-SVM)以及六相矢量空间解耦空间矢量脉宽调制策略(VSD-SVM)。考虑到双三相PMSM控制的灵活性,基于双同步模型和DT-SVM策略的双三相PMSM矢量控制策略中,电流环基于全解耦前馈补偿的PI控制,实现了两套三相子系统之间和各自内部的解耦控制,基于功率均分的转矩电流控制优化了系统的损耗,使得双三相PMSM的矢量控制等效为对两个传统三相PMSM进行独立矢量控制;另外,基于矢量空间解耦模型和VSD-SVM策略的双三相PMSM矢量控制策略,转矩电流环基于电压前馈补偿的PI控制消除电机转矩平面d-q轴等效电路之间的耦合,改善了系统的动态性能,开环谐波控制有效地抑制了谐波平面电流,相比于双同步模型下的双三相PMSM矢量控制系统而言,极大地减少了电流环控制器和前馈补偿项的数量,简化了矢量控制系统电流环的设计。另外,详细分析了考虑非理想因数下双三相PMSM谐波平面电流产生机理,按照引起的谐波平面电流分量的频率,将引起谐波平面电流产生来源分为三类,电机本体不对性因数、电机反电动势谐波以及其他未建模因数,设计了基于PRs控制器的谐波电压补偿的闭环谐波电流抑制策略。目前容错运行的研究大多集中在两电平三相交流电机系统,NPC三电平六相逆变器馈电双三相PMSM容错运行研究还未见报道。针对现有的基于电流调节法的容错策略对优化条件最小电流应力和最小损耗认识错误,且缺乏评价指标,基于模型重构法的容错策略对谐波平面研究缺乏物理意义。本文将电流调节法容错策略的优化条件划分为最小损耗和最小方差,并给出铜耗比、方差及电流应力比等评价指标,针对模型重构法容错策略,通过矢量空间解耦原理,建立了故障后电机转矩平面和损耗平面的数学模型和等效电路,明确提出损耗平面决定着故障后系统的损耗,通过在损耗平面注入特定形式的电流值,实现故障后电机健全相铜耗最小和电流幅值方差最小。另外,本文还提出一种由双向晶闸管组成的容错桥电路,利用逆变器母线分压电容和熔断器实现全故障主动式隔离,详细分析了故障下逆变器母线电容中点电压波动行为,建立了母线电容电压偏差的数学模型,对偏差数学模型进行近似处理,提出叠加近似零序电压来抑制母线电容电压偏差。仿真和实验都验证了本文的理论分析和研究。

关键词：二极管箝位型三电平逆变器双三相永磁同步电机矢量空间解耦矢量控制前馈补偿控制谐波平面电流抑制故障容错电流调节法模型重构法

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电力机车逆变器调制策略及牵引控制研究

电力机车逆变器调制策略及牵引控制研究

作者：马志鹏黑龙江科技大学

学位级别：硕士

随着我国经济社会的不断发展,铁路运输越来越成为我国交通运输蓝图中不可或缺的角色,特别是和谐号CRH2型动车组的成功研制,为我国铁路事业的发展注入了新的动力。目前,我国电力机车多采用交-直-交型传动系统,其中后级逆变器的性能在很... 详细信息

随着我国经济社会的不断发展,铁路运输越来越成为我国交通运输蓝图中不可或缺的角色,特别是和谐号CRH2型动车组的成功研制,为我国铁路事业的发展注入了新的动力。目前,我国电力机车多采用交-直-交型传动系统,其中后级逆变器的性能在很大程度上影响着整个牵引系统的运行性能。对于电力机车高电压、大电流、大功率的复杂控制系统,受到功率器件开关损耗及散热条件的限制,逆变器的开关频率一般只有几百赫兹,最高不会超过1k Hz,这就导致牵引逆变器会产生大量低次谐波,严重影响机车的平稳运行。本文以应用于大功率电力机车的二极管箝位型三电平逆变器作为特定研究对象,重点对其特定谐波消除脉宽调制技术（SHEPWM）进行分析,在此基础上对永磁同步电机矢量控制策略进行研究。本文主要研究内容及创新点如下:（1）介绍了二极管箝位型三电平逆变器的拓扑结构及工作原理,在此基础上对单双极性调制方式下的SHEPWM消谐模型进行详细推导,并对常用于求解SHEPWM非线性方程组的几种算法进行分析。（2）针对传统数值算法在求解SHEPWM非线性方程组时,存在初值依赖性较高且不易收敛的问题,本文引入头脑风暴优化算法。该算法无需初值,且具有良好的搜索速度和较强的收敛性。以消除4阶次谐波为例,给出全调制比范围内的一组开关角解集和较高调制比下的另外两组解,并对SHEPWM产生多解性的原因进行研究。（3）为解决仿真结果精度不高的问题,引入牛顿迭代法。将头脑风暴优化算法与牛顿迭代法相融合,利用牛顿迭代法提高求解精度。通过Matlab平台对混合算法进行仿真验证。结果表明相、线电压中的5、7、11、13次谐波及3的倍数次谐波完全消除,总体谐波含量明显低于头脑风暴优化算法。在此基础上,研究未被消除的剩余谐波分布规律及幅值控制方式。（4）利用SHEPWM三电平逆变器作为PMSM的驱动环节,在矢量控制系统的转速控制环节设计了一种模糊RBF神经网络PID控制器。将模糊控制和RBF神经网络的各自优势相结合,优化PID控制器参数。对PMSM空载启动和突加负载等情况下进行仿真分析。结果表明该控制器在转速控制精度和动态响应方面具有其独特的优越性。该论文有图87幅,表19个,参考文献58篇。

关键词：二极管箝位型三电平逆变器 SHEPWM 头脑风暴优化算法矢量控制系统模糊RBF神经网络

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基于SVM简化算法的NPC三电平逆变器

基于SVM简化算法的NPC三电平逆变器

作者：谭智涵天津大学

学位级别：硕士

多电平逆变器是近年来中高压大功率电力电子应用领域的一个研究热点,它是一种通过改变电路自身拓扑结构来实现高压大功率输出的一种新型变换器,因而无需使用均压电路和升降压变压器。较传统两电平逆变器,由于输出电平数的增加,功率器件... 详细信息

多电平逆变器是近年来中高压大功率电力电子应用领域的一个研究热点,它是一种通过改变电路自身拓扑结构来实现高压大功率输出的一种新型变换器,因而无需使用均压电路和升降压变压器。较传统两电平逆变器,由于输出电平数的增加,功率器件承受电压应力减小,开关动作频率降低,输出电压谐波成分减少,多电平逆变器在高压交流调速、柔性交流输配电技术等领域获得了越来越广泛的应用。本文选取常见的二极管箝位型三电平逆变器为研究对象,对其空间矢量调制技术及中点电位平衡控制方法进行了研究。对多电平逆变器各类拓扑结构进行分类,从电力电子电路基本单元的概念出发,以现有功率器件构造了基本开关单元,按照基本单元并-串及串-并的思想推导了各类拓扑结构。并对二极管箝位型三电平逆变器结构、运行原理和数学模型进行了详细讨论。 PWM控制技术是多电平逆变器研究中的一个关键技术,其调制方法好坏对逆变器的输出性能有着至关重要的影响。本文对三电平空间矢量调制中扇区划分、基本矢量选择、作用时间计算及矢量优化等问题进行详细研究,在此基础上提出了一种三电平空间矢量调制简化算法,理论推导了该算法的正确性。控制中点电位平衡是保证二极管箝位型三电平逆变器正常工作的重要前提。本文简单介绍了二极管箝位型三电平逆变器中点电位不平衡的原因及不平衡所带来的危害,分析了各开关状态对中点电位的影响,并给出了一种通过重新分配正负小矢量作用时间平衡中点电位的控制方法。最后搭建MATLAB/SIMULINK仿真模型对三电平空间矢量简化调制算法及中点电位平衡控制方法进行了可行性验证,设计制作了一个以TMS320F2812和EP1C6Q240C8为控制核心的二极管箝位型三电平逆变器实验平台,进行了实验验证。

关键词：二极管箝位型三电平逆变器开关数学模型空间矢量调制简化算法中点电位平衡控制

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应用于UPS的三相逆变器控制技术研究

应用于UPS的三相逆变器控制技术研究

作者：陈磐南京航空航天大学

学位级别：硕士

随着当今社会科技和经济的快速发展,人们对特定场所重要设备不间断供电的需求也日益增加。逆变器作为电网出故障后直接给负载供电的部分,直接影响对负载的供电质量。因此对UPS后级逆变器的研究具有重要意义。三电平逆变器可以降低输出... 详细信息

随着当今社会科技和经济的快速发展,人们对特定场所重要设备不间断供电的需求也日益增加。逆变器作为电网出故障后直接给负载供电的部分,直接影响对负载的供电质量。因此对UPS后级逆变器的研究具有重要意义。三电平逆变器可以降低输出电压的谐波含量,减小器件的电压应力,因此得到了广泛应用。本文以级联式高频非隔离三相不间断电源后级逆变器为研究对象,研究其调制方式和控制方式。本文首先对三相三线制逆变器拓扑和三相四线制拓扑进行了对比:三相四线制拓扑有利于工作在不平衡负载条件下。接着分析了二极管箝位型三电平逆变器的工作模态,分析了适用于该拓扑的基于α-β-0坐标系的调制方式、基于a-b-c坐标系的调制方式和基于载波层叠的调制方式。从实现方便和降低数字控制器负担的角度选择了载波反相层叠作为本文所研究的调制方式。为了降低数字控制的调制延迟,采用了PWM双更新的方式并详细给出了其原理。接着基于三相四线制逆变器的物理模型,推导了其在dq0坐标系下的数学关系。分析了负载电流作为扰动量对输出电压的影响,并结合线性平衡负载、线性不平衡负载和非线性负载进行具体分析。将电压环和电流环之间的交叉影响和dq轴之间的耦合消除后,对逆变器的电压电流双环的控制器参数进行了详细的设计。由于PI控制器对交流形式的扰动抑制能力有限,因此选用重复控制作为逆变器的控制策略。对重复控制器的各个环节进行了详细的参数设计,介绍了重复控制器的数字实现,从节省数字控制器程序运行时间的角度给出了简化了的重复控制器的数据更新方式。针对传统重复控制器动态响应速度慢的缺点,将重复控制器的内模结构改为传统的1/6,使重复控制器的响应周期变为了原来了的1/6。针对改进后的内模结构带来的精度偏移的问题,对比了取整法和四舍五入法、加权调整法和插值拟合法对内模精度的影响,最终选择插值拟合法来改善内模精度。针对1/6周期重复控制器无法有效抑制不平衡负载引起的二倍频扰动的问题,采用谐波提取的方法将其转换成直流量后利用PI控制器进行控制。最后基于UPS相关行业指标设计并搭建了一台额定功率为6k VA的实验原理样机,对本文所研究的控制和调制方式进行了验证。实验结果表明,采用载波反相层叠和1/6周期重复控制可以使逆变器工作在不平衡负载和非线性负载下。

关键词：不间断电源二极管箝位型三电平逆变器载波层叠调制重复控制器

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低压船舶岸电供电电源的研制

低压船舶岸电供电电源的研制

作者：崔杰燕山大学

学位级别：硕士

随着环境的日益恶化,燃油类污染逐渐得到重视。由于船舶一般采用柴油发电机组自行发电,柴油燃烧对港区空气造成严重污染。此外随着对外贸易的不断扩大,越来越多的外国商船进入我国港口作业。可是国外船舶大多采用450V/60Hz的交流电,而... 详细信息

随着环境的日益恶化,燃油类污染逐渐得到重视。由于船舶一般采用柴油发电机组自行发电,柴油燃烧对港区空气造成严重污染。此外随着对外贸易的不断扩大,越来越多的外国商船进入我国港口作业。可是国外船舶大多采用450V/60Hz的交流电,而我国的工业用电标准为380V/50Hz。虽然传统柴油发电机组能够产生450V/60Hz的交流电,但是其缺点众多,如噪音大、污染重、效率低等。本文提到的低压船舶岸电供电电源(以下简称岸电电源,SPS)不再需要柴油发电机组发电,而是通过交直交变换(AC-DC-AC)直接将380V/50Hz交流电转换为450V/60Hz,从而为应用此类电制的船舶进行供电。本文围绕岸电电源设计过程中的关键性问题,进行了研究讨论。首先,通过分析岸电电源的电路组成以及工作原理,确定了其采用不控整流桥、二极管箝位型三电平逆变器以及LC滤波器相结合的拓扑结构。其次,针对岸电电源实现过程中遇到的关键性问题作了详细分析,主要包括:LC滤波器的设计,SVPWM的实现,中点不平衡的控制,控制环路的设计以及相应的软件设计等。最后,在理论分析的基础上,搭建了岸电电源系统的MATLAB仿真模型以及基于TMS320F2812的实验平台。通过仿真分析和实验研究表明,本文所提供的实现岸电电源的技术方案具有可行性,为以后大功率岸电电源的研制提供了一定的理论和实践基础。

关键词：岸电电源二极管箝位型三电平逆变器 LC滤波 SVPWM IGBT驱动