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基于DSP与FPGA的多电平变换器载波层叠PWM调制算法实现

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基于DSP与FPGA的多电平变换器载波层叠PWM调制算法实现

探索科学学术研讨会（2016）

作者：胡国庆国网怀宁县供电公司

在研究载波层叠调制原理的基础上,设计了一种基于DSP和FPGA的且适合级联多电平变换器的载波层叠PWM脉冲发生器。该脉冲发生器采用主从式控制结构,主控制器DSP发调制信号到辅助控制器FPGA,经过调制算法后输出PWM信号。最后,实验验证了该... 详细信息

在研究载波层叠调制原理的基础上,设计了一种基于DSP和FPGA的且适合级联多电平变换器的载波层叠PWM脉冲发生器。该脉冲发生器采用主从式控制结构,主控制器DSP发调制信号到辅助控制器FPGA,经过调制算法后输出PWM信号。最后,实验验证了该所PWM信号发生器设计方案的的正确性与可行性。

关键词：载波层叠调制多电平变换器脉冲发生器主从式控制可行性

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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一种级联H桥多电平逆变器故障诊断方法

电机与控制学报 2023年第9期27卷 119-125页

作者：于晶荣张刚邱均成王益硕孙健文中南大学自动化学院湖南长沙410083

为了诊断级联H桥多电平逆变器的开关管开路故障,提出一种基于载波层叠调制(LSPWM)技术的故障诊断方法,直接对H桥输出电压、负载电流和驱动信号的输出特性曲线进行分析。当部分驱动信号断开后,相应的电流和电压出现部分缺失和波动,从而... 详细信息

为了诊断级联H桥多电平逆变器的开关管开路故障,提出一种基于载波层叠调制(LSPWM)技术的故障诊断方法,直接对H桥输出电压、负载电流和驱动信号的输出特性曲线进行分析。当部分驱动信号断开后,相应的电流和电压出现部分缺失和波动,从而推出故障情况下三者之间的对应关系。依据调制波和负载电流的方向,将系统运行分为4种工作模式,并在特定模式下诊断故障。对故障情况下负载电流过零处的特性曲线进行分析,用以识别H桥中对角开关故障。与现有方法相比,该方法扩展基于LSPWM下的故障范围为双管故障,诊断逻辑易于理解且不需要添加额外的硬件电路。通过仿真证明了所提故障诊断方法的正确性和有效性。

关键词：级联H桥多电平逆变器故障诊断开路故障载波层叠调制

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混合级联H桥逆变器改进功率均衡调制策略

电源学报 2023年

作者：叶伟李善寿张可王浩安徽建筑大学智能建筑与建筑节能安徽省重点实验室安徽南瑞继远电网技术有限公司

针对传统调制策略下混合级联H桥逆变器中，低压单元因采用不同的调制方式出现的输出功率不均衡问题，提出了基于载波层叠调制的改进功率均衡调制策略。结合不对称混合级联H桥十一电平逆变器拓扑，分析了载波层叠调制方式下低压单元控制... 详细信息

针对传统调制策略下混合级联H桥逆变器中，低压单元因采用不同的调制方式出现的输出功率不均衡问题，提出了基于载波层叠调制的改进功率均衡调制策略。结合不对称混合级联H桥十一电平逆变器拓扑，分析了载波层叠调制方式下低压单元控制脉冲信号的对称性特征，进一步以T/4或T/2为周期对低压单元脉冲控制信号进行分割，给出了每个分割方式下所有的控制脉冲组合情形，以最少的载波移动次数和最短的功率均衡时间为依据选出了最佳的工作方式，实现了低压单元之间的输出电压对称，低压单元输出功率自均衡。最后，通过仿真和实验对所提调制策略进行验证。

关键词：混合级联H桥逆变器载波层叠调制脉冲循环功率均衡

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基于三电平T型变换器的船用交直交供电电源

船舶工程 2022年第4期44卷 100-107页

作者：许嘉沄王珊珊杨宏康汪诚上海船舶设备研究所上海200031 南京理工大学自动化学院南京210094

T型三电平变换器因功率密度高、开关器件少、电平数目多等优点而被广泛研究。基于T型三电平桥臂,引入复用桥臂构建一种适用于船用电源的T型交直交变换器,进一步提升船用电源的功率密度与经济性。采用基于同相载波层叠的脉冲宽度调制法,... 详细信息

T型三电平变换器因功率密度高、开关器件少、电平数目多等优点而被广泛研究。基于T型三电平桥臂,引入复用桥臂构建一种适用于船用电源的T型交直交变换器,进一步提升船用电源的功率密度与经济性。采用基于同相载波层叠的脉冲宽度调制法,提出包含直流电压外环、输入电流内环的整流侧双闭环和逆变侧输出电压幅值单闭环的协调控制策略;再基于双闭环控制下的直流环节小信号模型设计优化负载电流前馈控制;并通过仿真和试验充分验证了提出的变换器拓扑调制电压平衡策略的有效性和正确性。

关键词：三桥臂交直交 T型三电平载波层叠调制船用电源

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级联H桥多电平逆变器故障诊断方法研究

级联H桥多电平逆变器故障诊断方法研究

作者：张刚中南大学

学位级别：硕士

级联H桥多电平逆变器由于其功率等级高、输出波形好且易于模块化等优势,在大功率中压工业和大型汽车驱动中具有广阔的应用前景。然而由于其功率开关数量较多,级联H桥多电平逆变器的开关故障发生概率明显增加。此外H桥中对角开关的故障... 详细信息

级联H桥多电平逆变器由于其功率等级高、输出波形好且易于模块化等优势,在大功率中压工业和大型汽车驱动中具有广阔的应用前景。然而由于其功率开关数量较多,级联H桥多电平逆变器的开关故障发生概率明显增加。此外H桥中对角开关的故障特征相似,难以准确识别故障开关。鉴于载波层叠调制在谐波性能方面的优势,本文以基于载波层叠调制的级联H桥多电平逆变器为研究对象,开展功率开关故障特征分析和故障诊断方法研究。主要包括以下内容:(1)级联H桥多电平逆变器的建模与控制研究。建立级联H桥多电平逆变器主电路的频域和时域数学模型,在此基础上讨论分析控制和运行机理,设计电压外环与电流内环的级联H桥多电平逆变器双闭环控制。(2)揭示级联H桥多电平逆变器的单管和双管故障特征。通过对载波层叠调制下级联H桥多电平逆变器的输出电压和输出电流波形分析,指出在电流过零点阶段的H桥电压、开关驱动信号和负载电流的方向关系能够表征单管故障,而结合同相不同H桥的桥臂电压方向则能够表征双管故障。以此构造出以逆变器各个H桥电压、开关驱动信号和负载电流方向为变量的单管和双管故障特征描述表。(3)提出基于逻辑判断函数的级联H桥多电平逆变器故障诊断方法。定义H桥输出电压、开关驱动信号和负载电流方向的逻辑值,根据单管和双管故障特征描述表,建立单管和双管故障的逻辑判断函数,在此基础上提出基于逻辑判断函数的故障诊断框架,构建单管和双管故障诊断实现流程,同时设计级联H桥多电平逆变器的单管和双管故障诊断统一实现方法。(4)搭建级联H桥多电平逆变器故障诊断方法实验平台。实验结果表明所提故障诊断方法能够快速有效诊断出故障开关,诊断时间从0.15ms提高到0.11ms,且适用于不同的开关频率。图36幅,表7个,参考文献63篇

关键词：级联H桥多电平逆变器故障诊断开路故障载波层叠调制

同方学位论文库评论

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级联H桥逆变器漏电流分析与抑制

电工技术学报 2017年第A2期32卷 103-110页

作者：王付胜于世能合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥230009

针对非隔离型级联H桥逆变器的漏电流问题,首先建立带有寄生电容参数的逆变器共模等效模型,分别分析单电感电路与对称电感电路中漏电流的特点及其影响因素,指出在对称电感电路中通过优化调制策略可以有效抑制系统漏电流,而在单电感电路... 详细信息

针对非隔离型级联H桥逆变器的漏电流问题,首先建立带有寄生电容参数的逆变器共模等效模型,分别分析单电感电路与对称电感电路中漏电流的特点及其影响因素,指出在对称电感电路中通过优化调制策略可以有效抑制系统漏电流,而在单电感电路中调制手段无法解决漏电流问题。为此针对对称电感电路提出一种改进型载波层叠多电平调制策略,能够有效地抑制系统漏电流,而且实现简单、运算量小。最后仿真与实验结果验证了该方法的有效性与正确性。

关键词：非隔离型光伏系统级联型H桥逆变器漏电流调制策略载波层叠调制

集中式多电平调制策略的状态机型脉冲分配器设计与实现

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中国电机工程学报 2017年第16期37卷 4758-4768页

作者：孙毅超季振东李东野乐越赵剑锋黄允凯东南大学电气工程学院江苏省南京市210096 南京理工大学自动化学院江苏省南京市210094

脉冲分配方式是实现如载波层叠调制、最近电平逼近调制等集中式多电平调制策略的主要难点。针对含冗余状态的模块组合型多电平变换器,提出一种应用于集中式调制策略的状态机型脉冲分配器设计与实现方法。该脉冲分配器致力于使电平化后... 详细信息

脉冲分配方式是实现如载波层叠调制、最近电平逼近调制等集中式多电平调制策略的主要难点。针对含冗余状态的模块组合型多电平变换器,提出一种应用于集中式调制策略的状态机型脉冲分配器设计与实现方法。该脉冲分配器致力于使电平化后的调制信号遍历状态机中的所有路径,从而各个模块的开关次数在各个电平等级都得到均匀的分配,实现了模块电容电压的自然平衡特性。同时,针对低频类调制策略无法自动遍历状态机的情形,该状态机具有状态强制切换功能,在最大限度维持模块开关频率低频特性的条件下,使其能够在合理的时间范围内遍历状态机。通过基于模块化多电平变换器平台的仿真与实验验证了状态机型脉冲分配器的有效性。

关键词：模块组合多电平变换器载波层叠调制最近电平逼近调制混合调制脉冲分配状态机电压平衡

模块化多电平变换器三种调制策略及电压平衡控制仿真与对比研究

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电工电能新技术 2014年第12期33卷 4-9,29页

作者：武晓堃王奎万磊郑泽东李永东清华大学电机工程及应用电子技术系电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室北京100084 中国电力科学研究院北京100192 新疆大学电气学院新疆乌鲁木齐830046

模块化多电平变换器作为一种新型的多电平拓扑,因为适用于电压源换流型直流输电场合而得到了广泛研究。本文介绍了模块化多电平变换器的拓扑结构和工作原理,并对常用于模块化多电平变换器拓扑的载波移相、最近电平逼近和载波层叠调制策... 详细信息

模块化多电平变换器作为一种新型的多电平拓扑,因为适用于电压源换流型直流输电场合而得到了广泛研究。本文介绍了模块化多电平变换器的拓扑结构和工作原理,并对常用于模块化多电平变换器拓扑的载波移相、最近电平逼近和载波层叠调制策略以及相应的电容电压平衡算法进行了分析,并在PSCAD/EMTDC下搭建了31电平的模块化多电平变换器仿真模型,分别实现了三种调制策略及其电容电压平衡算法,比较了不同调制策略在电压谐波、电容电压平衡、开关频率等方面的表现,并给出了不同调制策略的特点。

关键词：模块化多电平变换器载波层叠调制最近电平逼近调制载波移相调制电容电压平衡

模块化多电平换流器（MMC）的工作机制及其控制研究

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模块化多电平换流器（MMC）的工作机制及其控制研究

作者：崔灿河南理工大学

学位级别：硕士

随着工业发展,能源矛盾日益突出,节能减排已成为我国重要任务之一。目前,多电平换流器的研究在高压大功率领域慢慢成为焦点,传统换流器拓扑结构,无论是二极管钳位结构、飞跨电容结构,还是H级联桥结构,大都不能很好实现四象限运行,这种... 详细信息

随着工业发展,能源矛盾日益突出,节能减排已成为我国重要任务之一。目前,多电平换流器的研究在高压大功率领域慢慢成为焦点,传统换流器拓扑结构,无论是二极管钳位结构、飞跨电容结构,还是H级联桥结构,大都不能很好实现四象限运行,这种换流器不能便捷地应用在像矿用提升机等需要快速启动制动、频繁正反转的调速系统,且制动能量无法直接回馈给电网,不能达到节能的效果;同时还存在网侧电流波形畸变严重、含有大量低次谐波、形成电力公害等问题。本文以模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)为研究对象,讨论其逆变功能为主,研究其拓扑结构、数学模型、工作机制和控制算法,实现MMC换流器正常运行,并同过实验结果验证换流器在大功率方面的优异性。论文主要研究内容:(1)讨论了多电平换流器研究史以及研究MMC换流器的意义价值。通过分析MMC的拓扑结构及其工作机制,建立了基于开关函数的数学模型,在此基础上对调制技术做了深入研究,为实现系统正常运行奠定了理论基础;(2)针对MMC换流器子模块电容电压控制这一关键问题,提出基于排序建模法的电容电压平衡稳定控制策略。通过实时检测子模块电容电压并进行排序,根据每一相上、下桥臂电流方向,对子模块进行充电、放电或者旁路操作,达到控制电容电压平衡的目的;基于数学建模,设计闭环控制器,达到控制电容电压稳定的目的;(3)以Matlab-Simulink及RT-Lab半实物仿真设备为实验平台,仿真结果显示换流器运行正常、电容电压平衡稳定,输出电能质量高,谐波含量小,证明了本文提出的载波正负反相层叠调制技术与电压平衡稳定控制相结合的控制策略的可行性。同时设计了MMC换流器控制系统、主电路以及关键元器件选型。

关键词：多电平换流器模块化多电平换流器(MMC) 载波层叠调制电压平衡稳定控制算法