多电平逆变电路的三种控制方法
多电平逆变器的控制策略及应用研究
多电平逆变器的控制策略及应用研究多电平逆变器是一种用于将直流电能转换为交流电能的重要电力电子设备。
其控制策略直接影响了逆变器的性能和应用效果。
本文将从多电平逆变器的控制策略以及相关应用方面展开研究，以期对该领域的研究和应用产生一定的推动作用。
多电平逆变器的控制策略主要包括PWM（脉宽调制）控制和MPWM（多电平脉宽调制）控制两种。
PWM控制通过控制逆变器中IGBT开关管的导通时间实现输出电压的宽度调制，从而获得所需的输出波形。
然而，由于PWM控制仅能获得两个离散化电平的输出波形，无法满足高功率和高精度的应用需求。
而MPWM控制则通过调整多个电平的导通时间，可获得多个离散化电平的输出波形，提高了输出波形的质量和精度。
近年来，随着电力电子技术的发展，MPWM控制成为了多电平逆变器中常用的控制策略。
多电平逆变器的应用非常广泛，涉及到电力系统稳定控制、交流传动控制、电力质量控制以及新能源发电等领域。
在电力系统稳定控制方面，多电平逆变器可用于提供无电池储能系统，以实现电力系统的频率和电压平衡调节，从而改善电网的稳定性。
在交流传动控制方面，多电平逆变器可用于驱动大功率交流电机，提高传动效率和稳定性。
在电力质量控制方面，多电平逆变器可用于消除电力系统中的谐波和干扰，提高电力质量。
在新能源发电方面，多电平逆变器可应用于风力发电和光伏发电等领域，提高发电效率和能源利用率。
此外，多电平逆变器还具有多级结构、能量分流和故障容错等特点，这些特点也为其在电力电子设备领域的应用提供了更多选择和优化空间。
例如，多电平逆变器可以通过增加级数来提高输出波形的质量，从而适应更复杂和敏感的应用环境。
同时，多电平逆变器还可以通过能量分流来减小单个器件的功率损耗，提高整个系统的能量利用效率。
此外，在故障容错方面，多电平逆变器能够通过调整导通时间和增加备份开关管等措施来实现故障切换，提高系统的可靠性和容错能力。
综上所述，多电平逆变器的控制策略和应用研究是当前电力电子领域的一个重要研究方向。
逆变电源的几种控制算法
逆变电源广泛运用于各类：电力、通讯、工业设备、卫星通信设备、军用车载、医疗救护车、警车、船舶、太阳能及风能发电领域。
在电路中将直流电转换为交流电的过程称之为逆变，这种转换通常通过逆变电源来实现。
这就涉及到在逆变过程中的控制算法问题。
只有掌握了逆变电源的控制算法，才能真正意义上的掌握逆变电源的原理和运行方式，从而方便设计。
在本篇文章当中，将对逆变电源的控制算法进行总结，帮助大家进一步掌握逆变电源的相关知识。
逆变电源的算法主要有以下几种。
数字PID控制PID控制是一种具有几十年应用经验的控制算法，控制算法简单，参数易于整定，设计过程中不过分依赖系统参数，鲁棒性好，可靠性高，是目前应用最广泛、最成熟的一种控制技术。
它在模拟控制正弦波逆变电源系统中已经得到了广泛的应用。
将其数字化以后，它克服了模拟PID控制器的许多不足和缺点，可以方便调整PID参数，具有很大的灵活性和适应性。
与其它控制方法相比，数字PID具有以下优点：PID算法蕴涵了动态控制过程中过去、现在和将来的主要信息，控制过程快速、准确、平稳，具有良好的控制效果。
PID控制在设计过程中不过分依赖系统参数，系统参数的变化对控制效果影响很小，控制的适应性好，具有较强的鲁棒性。
PID算法简单明了，便于单片机或DSP实现。
采用数字PID控制算法的局限性有两个方面。
一方面是系统的采样量化误差降低了算法的控制精度；另一方面，采样和计算延时使得被控系统成为一个具有纯时间滞后的系统，造成PID控制器稳定域减少，增加了设计难度。
状态反馈控制状态反馈控制可以任意配置闭环控制系统的极点，实现了逆变电源控制系统极点的优化配置，有利于改善系统输出的动态品质，具有良好的瞬态响应和较低的谐波畸变率。
但在建立逆变器的状态模型时将负载的动态特性考虑在内，因此状态反馈控制只能针对空载和已知的负载进行建模。
由于状态反馈控制对系统模型参数的依赖性很强，使得系统的参数在发生变化时易导致稳态误差的出现和以及动态特性的改变。
多电平逆变器简介
多电平逆变器拓扑结构及其控制策略的比较多电平逆变器主要有三种拓扑结构：二极管箝位型、飞跨电容型和级联型。
二极管箝位型电路需要保证直流侧电容均压，控制困难，实际应用中还是三电平电路为主，一般不超过五电平。
飞跨电容型，亦称电容箝位型，同样存在电容电压平衡控制及冗余开关状态优化的问题，实际应用较少。
级联型多电平逆变器，又称链式逆变器，以普通的单相全桥（H桥）逆变器为基本单元，将若干个功率单元直接串联，串联数越多，输出电平数也越多。
它的优点是不存在电容平衡问题，电PWM控弦波，5电平以一、NPC型多电平逆变器优点：1）可根据不同的需要选择不同的功率器件，提高功率器件的利用率；2）电平数越大，输出电压的谐波含量就越少，输出电压波形与正弦波就越接近；3）可直接实现大功率和高电压，功率变换装置的成本降低。
缺点：1）每相桥臂开关器件的工作频率不同，造成了各开关器件的负荷不一致；2）对于m电平电路来说，每个桥臂需要（m-1）（m-2）个箝位二极管，即随着电平数的增加，所需箝位二极管数目将快速增加，成本增加；3）电平数越大，利用冗余开关状态来平衡分压电容的电压平衡的控制算法就越复杂。
二极管箝位型三电平逆变器1.拓扑结构三电平逆变器共有33=27的空间电压矢量，3个零矢量，独立的空间电压矢量有19（=1+1*6+2*6）个，60°区域小三角形个数为1+3=4。
2.控制策略1实际上，2运算34①坐标变换采用的60°坐标系为g-h坐标系，取g轴与α轴重合，逆时针旋转60°为h轴，设参考矢量，坐标系α-β到g-h坐标系的坐标变换公式为：则坐标系a-b-c到g-h坐标系的坐标变换公式为：归一化处理后（矢量坐标整数化），将三电平逆变器的基本矢量变换至g-h坐标系，得到的变换到60°坐标系下三电平逆变器的空间矢量图如图所示：②矢量分区方法扇区的确定方法：空间矢量图可分成6个扇区（A-F），设参考电压矢量在60°坐标系中的坐标为。
多电平逆变器的工作原理、控制方法以及仿真
目录第一章绪论 (1)1.1多电平逆变器的背景 (1)1.2多电平逆变器的研究现状 (2)1.3多电平逆变器的应用 (3)第二章多电平逆变器的种类介绍 (6)2.1二极管箝位式多电平逆变器及其优缺点 (6)2.2电容箝位式多电平逆变器及其优缺点 (6)2.3H桥级联式多电平逆变器及其优缺点 (7)第三章多电平变换器PWM调制策略 (8)3.1多电平变换器PWM调制策略的分类 (8)3.2多电平SPWM调制策略 (9)3.2.1 SPWM调制策略 (9)3.2.2 载波垂直分布多电平调制策略 (9)3.2.3 载波水平移相多电平调制策略 (10)3.2.4多载波SPWM调制策略谐波分析 (10)3.3多电平SVPWM调制策略 (46)3.3.1 SVPWM调制策略 (46)第四章多电平逆变器中的电压平衡技术 (48)第五章三电平中点箝位型逆变器SPWM控制策略与仿真 (53)5.1三电平NPC逆变器SPWM方法 (53)5.2基于MATLAB的三电平NPC逆变器SPWM仿真 (54)5.2.1仿真系统整体框图 (54)5.2.2 基于载波反向SPWM带电机负载的仿真模块 (55)5.3基于载波同向SPWM带电机负载的仿真模块 (57)5.3.1 SPWM开关信号的发生模块 (57)5.3.2仿真结果与分析 (57)5.4基于注入三次谐波的SPWM带电机负载的仿真模块 (58)5.4.1 SFOPWM开关信号的发生模块 (58)5.4.2仿真结果与分析 (58)5.5三电平NPC逆变器SPWM的实验结果 (59)5.6小结 (59)第六章总结展望 (60)第一章绪论1.1 多电平逆变器的背景电力电子技术自二十世纪50年代诞生以来,经过近半个世纪的飞速发展,至今已被广泛应用于需要电能变换的各个领域。
在低压小功率的用电领域,电力电子技术的各个方面己渐趋成熟,将来研究的目标是高功率密度、高效率、高性能;而在高压大功率的工业和输配电领域,各个方面的技术正成为当今电力电子技术的研究重点。
逆变电源并联技术的策略
逆变电源并联技术的策略
以下是一些常见的逆变电源并联技术策略：
1. 下垂控制法：下垂控制法是一种基于输出功率的控制方法，它通过调整逆变电源的输出电压和频率，使其根据负载需求自动分配输出功率。
这种方法简单易行，但在负载变化较大时容易出现不稳定的情况。
2. 主从控制法：主从控制法是一种基于主从关系的控制方法，其中一个逆变电源作为主电源，其他逆变电源作为从电源。
主电源负责控制系统的输出电压和频率，从电源则根据主电源的指令进行调整。
这种方法可以提高系统的稳定性，但需要一个可靠的主电源。
3. 平均电流控制法：平均电流控制法是一种基于电流的控制方法，它通过控制每个逆变电源的输出电流，使其平均分配到各个负载上。
这种方法可以提高系统的效率，但需要对每个逆变电源进行独立的控制。
4. 分布式控制法：分布式控制法是一种基于分布式控制理论的控制方法，它将系统的控制任务分配到各个逆变电源上，通过相互协作来实现系统的稳定运行。
这种方法可以提高系统的可靠性和灵活性，但需要较高的控制算法和通信协议。
总之，逆变电源并联技术的策略需要根据具体的应用场景和需求来选择，以确保系统的稳定性、可靠性和效率。
多电平逆变器简介
多电平逆变器拓扑结构及其控制策略的比较多电平逆变器主要有三种拓扑结构：二极管箝位型、飞跨电容型和级联型。
二极管箝位型电路需要保证直流侧电容均压，控制困难，实际应用中还是三电平电路为主，一般不超过五电平。
飞跨电容型，亦称电容箝位型，同样存在电容电压平衡控制及冗余开关状态优化的问题，实际应用较少。
级联型多电平逆变器，又称链式逆变器，以普通的单相全桥（H桥）逆变器为基本单元，将若干个功率单元直接串联，串联数越多，输出电平数也越多。
它的优点是不存在电容平衡问题，电路可靠性提高，易于模块化，适合7电平、9电平及以上的多电平应用，是目前应用最广的多电平电路。
缺点是需要多路独立的直流电源且不易实现四象限运行。
多电平逆变器的PWM控制策略可分为：在上述的多电平逆变器的PWM控制法中，空间电压矢量控制法适用于三-五电平的逆变器，五电平以上的多电平逆变器空间电压矢量数目较多，控制算法复杂，不适合用该方法。
对于五电平以上的多电平逆变器，适合采用载波调制PWM控制法。
载波层叠PWM控制法和开关频率优化PWM控制法，既可用于二极管箝位型和飞跨电容型逆变器，也可以应用于具有独立直流电源的级联型逆变器。
载波移相PWM控制法和开关频率优化PWM控制法，则适合于级联型多电平逆变器。
开关频率优化PWM控制法由于正弦调制波中加入了三次谐波，因而只适用于三相多电平逆变器。
对于三相具有独立直流电源的级联型多电平逆变器，载波移相和开关频率优化结合的PWM控制法，可提高等效开关频率，控制效果更好。
多电平三相逆变器中，空间矢量密集，可供选择的矢量模大小种类很多，电压合成更加接近正弦波，所以多电平的空间电压矢量法控制进度高，输出电压的谐波含量小。
但在电平数在5电平以上的多电平逆变器中，此时空间电压矢量PWM法控制算法非常复杂。
一、NPC型多电平逆变器优点：1）可根据不同的需要选择不同的功率器件，提高功率器件的利用率；2）电平数越大，输出电压的谐波含量就越少，输出电压波形与正弦波就越接近；3）可直接实现大功率和高电压，功率变换装置的成本降低。
逆变电路的应用原理及控制方法
逆变电路的应用原理及控制方法什么是逆变电路？逆变电路是一种将直流电转换为交流电的电路。
它能够将直流电源的电能转换为交流电源，并且在电力系统中具有重要的应用。
逆变电路的应用领域逆变电路在很多领域都有广泛的应用，例如太阳能发电系统、电力电子装置、UPS电源等。
下面将对逆变电路的应用原理及控制方法进行详细介绍。
应用原理逆变电路的原理是通过控制开关器件的导通和关断，改变电路中元件的连接方式，从而使得直流电源输出交流电。
通常情况下，逆变电路采用开关器件和电容等器件来实现。
逆变电路的控制方法逆变电路的控制方法可以分为以下几种：1.脉宽调制（PWM）脉宽调制是逆变电路控制中常用的方法。
它通过改变开关器件的导通时间比例来控制输出电压的大小。
具体而言，当直流电压较高时，导通时间较长，输出交流电压相对高；当直流电压较低时，导通时间较短，输出交流电压相对低。
2.调制指数控制（AM）调制指数控制是逆变电路的另一种常用方法。
通过改变调制指数来控制输出电压。
具体而言，当调制指数较高时，输出电压较高，当调制指数较低时，输出电压较低。
调制指数控制常用于正弦波逆变电路。
3.多电平控制（MMC）多电平控制是一种较新的逆变电路控制方法。
它通过改变输出电压的多个电平来实现对输出电压的控制。
具体而言，将逆变电路的输出电压分成多个等级，根据需要选取合适的电平输出，从而控制输出功率。
逆变电路的优势与挑战逆变电路具有以下优势：•高效能：逆变电路能够将直流电转换为交流电，提供更多的选择和灵活性。
•环保：逆变电路可以减少对传统燃煤发电的依赖，从而减轻环境污染。
•节能：逆变电路能够根据需求调整输出电压，从而实现节能效果。
然而，逆变电路也面临一些挑战：•电压波动：逆变电路在转换过程中可能会产生电压波动，给电力系统带来负面影响。
•电磁干扰：逆变电路输出的交流电可能会产生电磁干扰，对其他设备产生干扰。
总结逆变电路作为一种将直流电转换为交流电的关键电路，在电力系统和其他领域具有重要的应用。
anpc三电平逆变电路控制方法
anpc三电平逆变电路控制方法ANPC三电平逆变电路是一种用于交流电转换为直流电的电路结构，它可以实现高效能的能量转换和电力调节。
本文将介绍ANPC三电平逆变电路的控制方法。
ANPC三电平逆变电路由多个功率电子器件和控制电路组成，其中最核心的部分是逆变桥臂。
逆变桥臂由一对IGBT（绝缘栅双极型晶体管）和反并联的二极管组成。
逆变桥臂的控制决定了逆变电路输出的电压波形和频率。
ANPC三电平逆变电路的控制方法可以分为两个方面：PWM（脉宽调制）控制和SPWM（正弦波脉宽调制）控制。
在PWM控制中，控制器通过改变逆变桥臂的开关状态来控制输出电压的大小和波形。
具体而言，PWM控制方法通过调整逆变桥臂的开关频率和占空比来实现对输出电压的控制。
当需要输出高电压时，逆变桥臂的开关频率降低，占空比增大；当需要输出低电压时，逆变桥臂的开关频率增加，占空比减小。
这样可以通过不同的开关状态来产生不同的电压水平，从而实现三电平输出。
在SPWM控制中，控制器通过生成一系列的正弦波形脉冲信号来控制逆变桥臂的开关。
这些脉冲信号的频率和幅值可以根据需要进行调整，从而实现对输出电压的控制。
SPWM控制方法具有精确控制电压波形和频率的优势，可以使输出电压更加接近正弦波形，减少谐波分量。
除了PWM和SPWM控制方法外，还可以采用其他控制策略来实现ANPC三电平逆变电路的控制，如多电平脉宽调制（MPWM）和直接功率控制（DPC）。
这些控制方法可以根据具体的应用需求进行选择，以实现更高效、更精确的电力转换和调节。
总结起来，ANPC三电平逆变电路的控制方法包括PWM控制和SPWM控制。
通过调整逆变桥臂的开关状态和脉冲信号的频率和幅值，可以实现对输出电压的精确控制。
这些控制方法可以根据具体应用需求选择，以提高电力转换效率和质量。
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多电平逆变电路的三种控制方法
多电平变换器PWM控制方法可分为两大类：三角载波PWM技术和直接数字技术（空间电压矢量法SVPWM），它们都是2电平P WM在多电平中的扩展。
1. 三角载波PWM方法
①消谐波PWM（SHPWM）法
消谐波PWM法的原理是电路的每一相使用一个正弦调制波和几个三角波进行比较，在正弦波与三角波相交的时刻，如果正弦波的幅值大于某个三角波的值，则开通相应的开关器件，否则，则关断该器件。
为了使M－1个三角载波所占的区域是连续的，它们在空间上是紧密相连且对称地分布在零参考量的正负两侧。
消谐波PWM是2电平三角载波PWM在多电平中的扩展。
②开关频率最优PWM（SFOPWM）法
开关频率最优法是由2电平三角载波PWM扩展而来。
它的载波要求与SHPWM法相同，不同的是它在正弦调制波中注入了零序分量。
对于一个三相系统，这个零序分量是三相正弦波瞬态最大值和最小值的平均值，所以SFOPWM的调制波是三相正弦波减去零序分量后所得到的波形。
这种方法通过在调制波中注入零序分量而使得电压调制比达到1.15。
但是该方法只能用于三相系统。
因为在单相系统
中注入的零序分量无法互相抵消，从而在输出波形中存在三次谐波，而在三相系统中就不会有这种问题。
实际上，这种零序分量注入的方法在本质上与电压空间矢量法是一致的，它相当于零矢量在半开关周期始末两端均匀分布的空间电压矢量法。
所以，SFOPWM法可以看成是2电平空间电压矢量法在多电平变换器控制中的推广。
③三角波移相PWM（PSPWM）法
三角载波移相PWM法是一种专门用于级联型多电平变换器的P WM方法。
这种控制方法与SHPWM方法不同，每个模块的SPWM 信号都是由一个三角载波和一个正弦波比较产生，所有模块的正弦波都相同，但每个模块的三角载波与它相邻模块的三角载波之间有一个相移，这一个相移使得各模块所产生的SPWM脉冲在相位上错开，从而使得各模块最终叠加输出的SPWM波的等效开关率提高到原来的Keff倍，在不提高开关频率的条件下大大减小了输出谐波。
2. 空间电压矢量PWM方法
多电平PWM的空间电压矢量法与其它方法比较是较为优越和应用广泛的一种，其优越性表现在：在大范围的调制比内具有很好的性能，无其它控制方法所需存储的大量角度数据，并且母线利用率高。
多电平空间矢量PWM是根据2电平空间矢量控制法推广得到的，可以认为多电平空间矢量控制思想与2电平是一致的。
对某一个空间电压矢量，是用该区域相应的电压矢量适时切换合成所得。
所不同的是
多电平的电压矢量更密集，模大小可选择的种类更多，合成时过渡更自然，合成的磁链更接近圆磁场，因而控制更精确，输出电压谐波更小。
3.控制方法适用的主电路结构
根据以上分析，可以得到以下结论：
1）在应用中，当变换器电平数超过5时，空间矢量PWM法将非常复杂，为了简化控制算法，三角载波PWM是较好的选择；
2）SHPWM法和SFOPWM法既可以用于箝位式电路又可以用于级联式电路，而PSPWM法和PS-SFOPWM法只适合用于级联式电路，SFOPWM法和PS-SFOPWM法由于在正弦调制波中注入了零序分量，因而只适合用于三相系统；
3）对于单相级联式多电平变换器，PSPWM法的控制效果最好；
4）对于三相级联型多电平变换器，PS-SFOPWM法由于提高了等效开关频率，较之SFOPWM法具有更好的控制效果。