级联型H桥逆变器的阶梯波特定消谐技术研究
九电平级联H桥逆变器电压调制技术的仿真研究
结果验证了本文分析的正确性和 Ｃ Ｂ逆变器在高压变频及电力系统柔性输配电等领域的高实用 Ｈ
价值 。 关键词 电压移位调制 级联 Ｈ桥 谐波失真
中图分类 号 Ｔ ３ １４ 文献标识码 Ａ 文章编号 １０ —７ ８ （０ ６ ０ ０ ２ ０ Ｍ０． ０ ８ ２ １ ２０ ）５— ０ ０— ４ Ｓ ｍ ｕ ａ ｉ ｎ Ｓ ｕ ｎ Ｖｏ ｔ ｇ ｏ ｕ ａ ｏ Ｔｅ ｈｎ ｑ ｅ ｏ ｉ ｌ ｔｏ ｔ ｄｙ ｏ ｌａ ｅ Ｍ ｄ ｌ ｔ ｎ ｃ ｉ ｕ ｆ ｉ Ｎｉ － ｖ ｌ Ｃａ ｃ ｄｅ － ｉ ｎｖ ｒ ｅ ｎｅ Ｌｅ ｅ ｓ ａ ｄ Ｈ Ｂｒｄｅ Ｉ ｅ ｔ ｒ
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（ Ｘ Ｌ ＳＯ Ｅ Ｐ Ｏ Ｉ Ｎ—Ｐ Ｏ ＦＥ Ｅ Ｔ Ｉ Ｃ Ｉ Ｅ） Ｒ Ｏ Ｌ Ｃ Ｒ Ｃ ＭＡ Ｈ Ｎ
第 ４００ ２６
ｌ卷 （
器５期 １） 塑
九电平级联 Ｈ桥逆 变器 电压调制技术 的仿真研究
李 宋
华东交通大学电气工程学院， 江西南昌（３０ ３ ３０ １）
摘 要 首先介绍了 Ｈ桥级联九电平逆变器拓扑结构和 Ｃ Ｂ逆变器常用的两种调制方式： Ｈ
相位移位调制和 电压移位 调制 。然 后着 重对 电压移 位调 制技术 进行 了详 细的介 绍 ， 并通 过 Ｍ ｔ ａ －
ｌｂ Ｓ ｕｉｋ Ｐ ｗ ｒ ｓ ｍ仿真软件对 其进行 了仿真研 究 ， ａ／ ｉ ｌ ／ ｏ ｅｓ ｔ ｍ ｎ ｙｅ 最后通过实验装置做 了具体 的实验 ， 实验
于 肌、 ｍ及 ／４ ： 之和 ， 小 等 于 ４ ＇ ｎ 大 Ｅ。同理 ， 通
过使 ｓ 、４ ｓ 、４ ｓ 、４ ｓ 和 ｓ 同时导通 ， ３ ｓ 、３ ｓ 、３ ｓ 、 ３ １ １ ２ ２ ３ ３ ４ ４ ４ 其它器件都关 断 ，Ｈ Ｃ Ｂ逆变器 的相 电压 Ｐ 大小 Ａ Ｎ 等于 一 Ｅ ４ 。依次类推 ， 只要我有针对性的导通和
三电平h桥级联逆变器载波移相脉宽调制方式
三电平h桥级联逆变器载波移相脉宽调制方式
针对三电平h桥级联的稳态运用,可以采取多种抗变形处理措施,其中一种是载波移相脉宽调制方式。
简单来说,该技术的实现原理是通过将调制脉冲的载波波形依次改变成正弦波形来实现抗变形处理。
同时,载波移相脉宽调制方式还可以通过调节调制脉冲的载波波形来减少由于桥开关诱发的波形变形,从而实现优化控制。
这种抗变形处理方式的实施需要专家系统的支持。
通过专家系统,可以自动调节调制脉冲载波波形,从而有效地抑制桥开关诱发的不规则震荡。
此外,还可以使用专家系统对滞环复回等抗变形处理方案进行实施,从而更大程度地减少桥开关的变形。
一种新型级联多电平逆变器的研究
关键词 ：逆 变器；级联 ；无直流源逆变单元 ；电容钳位；二极管钳 位； 。 储能电容
中图分类号 ：Ｔ ６ Ｍ４ ４ 文献标识码 ：Ａ 文章编号：１０ — ２ Ｘ（０ ７０ — ０ ４ ０ ０ ０ １ ８ ２ ０ ）６ ０ １— ４
Ｓ ｕ ｙ ｏ ｗ ｓ ａ ｅＭ ｕ ｔ ｅ ｅ ｎ ｅ ｔ ｒ ｔ ｄ ｆａ Ｎｅ Ｃａ ｃ ｄ ｌ ｌ ｖ ｌ ｖ ｒ ｅ ｉ Ｉ
０ 引言
从上世 纪 ８ 年代初 Ａ． ｂ ａ 人提 出ｊ电平 中点 ０ Ｎａ ｅ 等
钳 位 电路 以来 ， 电平 逆 变技 术得 到 了很 大 的发 展 ， 多 出现 了多种拓 扑结构 ， 纳起来这 些拓扑 结构 可以 归 分为 ３ 种 ：二极 管钳位结构 、 电容钳位结构 和 Ｈ桥级 联结构 。 ３ 这 种拓 扑结构 的逆变器 各有优缺 点 。 从 目前 的电力电子技术来看 ， 要实现 ６ｋ Ｖ及 以 ＿的电压 ｊ 二
Ｈ Ｎ ｉｇ１． ＨＯＵＸ － ｅ２Ｇ Ｉ － ｎ ＵＡ ＧＱ ｎ ． Ｚ ｉ ｉ ｎ ， Ｕ ｍｉｇ ｗ Ｗｕ
ｆ ． ｃ ｏ １ ｆ ｎ ｏ ｍａ ｉ ｎＳ ｉｎ ｅａ ｄＥ ｇ ｎ ｅ ｎ ， ｎ ｒ ｌ ｏ ｔ ｉ ｅ ｓｔ ， ａ ｇ ｈ ， ｎ ｏ ８ ， ｉ ａ １Ｓ ｈ ｏ Ｉ ｆ ｒ ｔ ｃｅ ｃ ｎ ｎ ｉ ｅ ｒ ｇ Ｃｅ ｔａ Ｓ ｕ ｈ Ｕｎ ｖ ｒｉ Ｃｈ ｎ ｓ ａ Ｈｕ ａ ４ｌ ０ ３ Ｃｈｎ ； ｏ ｏ ｉ ｙ ｎ
２ Ｚｈ ｚ ｏ ｔ ｎ ｌ ｎ ｉｅｒｎ ｓａｃ ｎｅ ｆ ｎ ｅｔｒ， ｈ ｚ ｏ ， ｎ ｎ４１ ０ ， ｈｎ ） ． ｕ ｈ ｕＮａｉ ａ ｇｎ ｅｉｇＲｅｅ ｒｈＣｅ ｔｒ Ｃｏ ｖ ｒ ｓ Ｚ ｕ ｈ ｕ Ｈｕ ａ ２ ０１ Ｃ ｉａ ｏ Ｅ ｏ ｅ
三单元不对称级联H桥调制策略及推广
三单元不对称级联H桥调制策略及推广
李宋;陈韬;叶满园;李豪;夏辉;尧佳新
【期刊名称】《电网技术》
【年(卷),期】2024(48)6
【摘要】3:1:1型不对称级联H桥多电平逆变器输出电压谐波性能优异,但是在传统的调制策略下,存在高低压单元间电流倒灌问题,且传统调制策略仅仅适用于3:1:1型不对称级联H桥,不能推广应用。
该文基于部分区间上高低压单元控制信号互补和移相载波调制策略提出了一种改进型混合频率载波调制策略。
该文提出的调制策略不仅解决了传统调制策略下存在的高低压单元间的电流倒灌问题,而且可推广至n:1:1…型多电平逆变器的调制策略,同时给出各级联单元开关管控制信号的通用表达式,且可以实现所有低压单元间的功率均衡。
仿真与实验结果证明了该调制策略的可行性,正确性与易推广性。
【总页数】11页(P2613-2621)
【作者】李宋;陈韬;叶满园;李豪;夏辉;尧佳新
【作者单位】华东交通大学电气与自动化工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TM721
【相关文献】
1.级联三相桥逆变器载波相移分配调制策略研究
2.两单元五开关级联H桥逆变器及其调制策略
3.含电容单元的级联H桥七电平调制策略
4.基于三维调制的级联H 桥整流器控制策略
5.不对称三单元十三电平逆变器拓扑及其调制策略
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H桥级联型多电平高压变频器的原理与应
H桥级联型多电平高压变频器的原理与应用喻国强、李爱武（湖南中科电气股份有限公司岳阳414000 ）摘要：本文综述了高压变频器的国内外研究现状和应用现状，比较了几种典型的高压变频器的拓扑结构及其优缺点，分析了H桥级联型多电平高压变频器在凤宝钢铁转炉除尘风机中应用，通过计算分析以及实际运行的效果，证明了高压变频器在电机系统节能中的重要作用。
关键词：高压变频器拓扑结构变频调速节能1.引言我国的冶金、化工、电力、水处理等行业中使用的风机、水泵占全国用电总量的比例如表1-1所示。
表1-1 全国风机、水泵、压缩机耗电量这些风机、泵类等高压、大容量设备，基本都是采用高压电动机且为不可调速的恒速马达，其消耗的能源占电动机总能耗的70%以上。
纵观这些机械的使用情况，它们大多不是长年工作在额定电压，而是经常只有50%-70%甚至更低的输出量。
而且这类机械很多使用恒转速交流传动，以挡板、阀门或空放回流的方法进行调节，而挡板开度通常只能达到45%-70%左右，约有30%-50%的能量白白损耗掉，风机、水泵的功率越大，损失越严重。
目前电机系统节能工程被定位国家发改委启动的十大重点节能工程之一。
对电机系统的节能来说，不管从调速、起动和制动性能上来说，采用变频技术是最为理想的节能途径，尤其在某些特定工艺下，高电压、大功率的电机采用高压变频器节能效果尤为明显。
利用高压变频调速系统平滑地调节这些电动机的转速，并根据输出量的要求改变输出功率，可以节约大量电能和改善控制性能，使机组安全稳定地运行。
[1]2.几种高压变频器的主回路拓扑结构及节能优势变频器是运动控制系统中的功率变换器。
目前，我国高压变频器呈现三大趋势：（1）功率单元串联多电平技术依然是市场的主流。
（2）向大功率方向发展。
（3）随着高压变频技术的成熟，将大幅拓展工艺控制对于变频调速的需求。
高压变频器不像低压变频器那样具有成熟的一致性的主电路拓扑结构，而是限于功率器件的电压耐量和高压使用条件的矛盾，国内外各变频器生产厂商，采用不同的功率器件和不同的主电路结构，以适应各种拖动设备的要求，因而在各项性能指标和适用范围上各有差异，其实现主要有两种方式：①采用升、降压变压器的“高-低-高”式变频器，亦称间接高压变频器。
级联型多电平动态电压恢复器的仿真研究-级联多电平
级联型多电平动态电压恢复器的仿真研究:级联多电平【摘要】电能质量问题都会严重影响敏感性负荷的正常工作，在常见的电能质量问题中，电压暂降被认为是影响最为严重的一种，目前针对电压暂降，最主要的方案是在系统和敏感负荷之间加装动态电压恢复器（DynamicVoltageRestorer，DVR）。
本文对级联H桥型多电平动态电压补偿器进行了分析研究，对其拓扑结构和工作原理进行了分析，阐述了最小电压补偿策略和瞬时电压dq分解电压暂降检测法的原理，分析了最近电平逼近调制方式的工作原理，并通过在PSCAD/EMTDC环境下搭建的仿真模型对级联多电平动态电压恢复器的工作特性和补偿效果进行了验证。
【关键词】级联多电平；DVR；电压暂降检测；最近电平逼近随着时代的进步，电力已经成为现代生产和生活必不可少的能量来源，并且随着我国经济的飞速发展，我国对电能的需求也越来越大，电能质量也成为电力企业和用户共同关心的问题。
尤其是使用大量电力电子设备的企业，对电能质量非常敏感，短暂的供电中断或电压跌落都将影响这些设备的正常工作，造成巨大的经济损失。
由于在电力系统中存在大量的非线性、冲击性负荷以及电力系统发生故障等原因，时常会出现电能质量问题，常见的电能质量问题包括：电压偏差、频率偏差和波形偏差[1]。
其中，电压偏差又包括电压暂降、电压骤升、电压波动、瞬时断电和瞬时脉冲或突变。
这些电能质量问题都会严重影响敏感性负荷的正常工作，造成产品质量下降甚至导致生产过程中断，从而带来巨大的经济损失。
目前，对电能质量问题的研究中，电压暂降被认为是影响用电设备正常、安全运行的最严重的动态电能质量问题。
电压暂降是指供电电压均方根值在短时间内突然下降的事件[2-3]。
在电网中这种现象的持续时间大多为0.5～1.5s，国际电气与电子工程师协会（IEEE）将电压暂降定义为供电电压有效值快速下降到额定值的90%～10%，然后回升至正常值附近。
电压暂降的幅值、持续时间和相位跳变是标称电压暂降的最重要的三个特征量。
级联型电力电子变压器关键技术研究
级联型电力电子变压器关键技术研究随着智能电网的发展,越来越多的可再生能源接入电网,对电力系统的电能质量、稳定性及灵活性提出了更高的要求。
而作为电力系统中最重要装置的电力变压器,其过于单一的功能不能完全满足现代电力系统的新要求。
因此,电力电子技术的兴起给新型电力变压器的形成和发展提供了契机。
电力电子变压器通过电力电子器件和中(高)频变压器来实现隔离的AC/AC变换,它不仅可以完成常规电力变压器的变压、隔离、能量转换的功能,还具有高度的可控性和灵活性,所以它的发展符合未来电网的需求,有着非常重大的现实意义和经济、社会价值。
本论文围绕级联型电力电子变压器的关键控制技术,在输入级的相间平衡控制、直流输出级的并联控制、整机不平衡无功补偿、容错控制等多个方面做出了研究,主要工作和取得的创新性成果如下：1)对级联型电力电子变压器输入级进行了建模和控制研究。
建立了单相级联H桥的数学模型,并针对已有的相内直流电压平衡控制方法进行比较,量化分析出有功矢量修正的相内直流侧平衡控制方法更具优势。
进一步建立了三相级联H桥的数学模型,并参照传统三相全桥整流器的解耦控制,给出了三相级联型并网变流器的整体控制方法。
2)提出了解决输入级的相间直流侧电压不平衡问题的新方法。
在分析各相平均功率模型基础上,分别针对两种三相结构提出了切换式的相间平衡控制方法——星形结构中的零序和负序电压注入法以及三角形结构中的零序电流注入和分相控制结合法,这两种方法均具有很好的稳态和暂态性能,能够很好地兼顾装置的输出性能和相间有功调节能力,并进行了仿真和实验验证。
3)优化设计了直流输出级的双向主动全桥(DAB)并联控制策略。
在对单移相控制下的DAB数学模型和软开关条件分析的基础上,对其控制方法展开了研究。
利用级联型电力电子变压器的结构特点,提出了两级综合控制方法,从理论上与传统的并联均流控制进行了对比分析,该方法在达到同样控制效果的情况下,简化了控制系统,并进行了对比仿真验证。
H桥级联型多电平高压变频器的原理与应
H桥级联型多电平高压变频器的原理与应用喻国强、李爱武（湖南中科电气股份有限公司岳阳414000 ）摘要：本文综述了高压变频器的国内外研究现状和应用现状，比较了几种典型的高压变频器的拓扑结构及其优缺点，分析了H桥级联型多电平高压变频器在凤宝钢铁转炉除尘风机中应用，通过计算分析以及实际运行的效果，证明了高压变频器在电机系统节能中的重要作用。
关键词：高压变频器拓扑结构变频调速节能1.引言我国的冶金、化工、电力、水处理等行业中使用的风机、水泵占全国用电总量的比例如表1-1所示。
表1-1 全国风机、水泵、压缩机耗电量这些风机、泵类等高压、大容量设备，基本都是采用高压电动机且为不可调速的恒速马达，其消耗的能源占电动机总能耗的70%以上。
纵观这些机械的使用情况，它们大多不是长年工作在额定电压，而是经常只有50%-70%甚至更低的输出量。
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（2）向大功率方向发展。
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高压变频器不像低压变频器那样具有成熟的一致性的主电路拓扑结构，而是限于功率器件的电压耐量和高压使用条件的矛盾，国内外各变频器生产厂商，采用不同的功率器件和不同的主电路结构，以适应各种拖动设备的要求，因而在各项性能指标和适用范围上各有差异，其实现主要有两种方式：①采用升、降压变压器的“高-低-高”式变频器，亦称间接高压变频器。
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T HD
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100%
(3)
在此基础上,该文在不同的级联模块数和调制比下,求出能消 除特定次数谐波的相应开关角以及THD,并探讨分析在相同 m 最后针对模块 模块数 n 增加,输出电压 vac 波形质量的改善特性。 数 n 20 的级联型H桥变换器系统,结合阶梯波调制和辅助控 制方法确定最优控制各模块开关策略。 所以,解决问题的关键在 于求解非线性方程组(2),并根据总电压谐波畸变率来衡量所得解 的优劣。 非线性方程组的求解方法,是多电平逆变器SHEPWM 方法及其在线实现的前提和基础。 非线性方程组求解的关键,包 括高质量初值的选取和高效率的迭代算法两个方面。 采用三角载 波正弦脉宽调制(sinusoidal pulse width modulation, SPWM) 法求取SHEPWM 问题初值的方法,对提高初值求取速度和成功 率有较好的效果,但三角载波SPWM方法较适合于硬件电路实 现,用于以DSP为核心的三电平逆变器数字控制系统中求取初值, 有较大的困难。 考虑到根据非线性方程组不同解法的优缺点,该文用牛顿法 和模拟退火算法两种算法进行计算比较。 然后横向分析两种算法 得到的结果的差异,再纵向分析调制比和级联H桥逆变器数目对 波形改善的影响。 最后得到最佳的调制比和级联H桥数目。 值下,不同模块数 n 所对应的开关角的相互包含关系,分析随着
的非线性代数方
1
牛顿法
将非线性方程组(2)改写为：
1.1 模型建立 (2)
F (x ) 0
பைடு நூலகம்
(4)
牛顿法是解上述非线性方程组最常用的有效方法,它可看成
科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION
245
科技资讯
2017 NO.08 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION
i 6k 1 k 1,2,3
中图分类号:TM464
文献标识码:A
级联型多电平变换器由若干个变换器模块单元串联而成以实 现高电压、 多电平的输出。 级联型多电平变换器模块单元常采用3 电平为输出的H桥变换器单元。 特定谐波消除脉宽调制技术(Selected Harmonic Elimination Pulse Width Modulation,SHEPWM)通过选择特定的开关 时刻,在满足期望的输出基波电压 vac 的同时,来消除选定的低次谐 波,进而改善输出电压的波形质量。 由于级联型多电平变换器输出 电压 vac 是各H桥变换器单元输出电压 vaci 的叠加,电平数的增加可 使输出的阶梯形电压更加接近正弦波,进一步减少谐波含量。 在级联型H桥变换器系统中,对于第i个H桥变换器单元,当
通时输出-1电平,即输出电压 vaci 为 vd ci ;对于级联型H桥变换 器整体输出电平数可为 ( 2 n
( 2 n 1)
1)
。
当H桥变换器单元直流侧独立电压 vdci 都为 vdc 时,可输出 电平数的阶梯型电压 vac ,单个H桥变换器的输出波形总 是具有半波奇对称性和1/4对称性。 通过对该波形进行傅里叶级数分解,对于 vac 的第 s 个奇数次 谐波的幅值可表示为:
V 1 m n m cos(1 ) cos( 2 ) cos( n ) 4V dc 4 cos(5 ) cos(5 ) cos(5 ) 0 1 2 n cos(7 ) cos(7 ) cos(7 ) 0 1 2 n
学 术 论 坛
表1 牛顿法求解结果
是 n 1 时单个方程牛顿法的推广。
k k k k T 设 x (x1 , x 2 , x n )
（1)确定问题的表达方式,这种表达式中个体由目标变量 X 和 标准差 两部分组成,每部分又可以有 n 个分量,即:
( X , ) (( x 1, x 2 , , x i , , x n ), ( 1 , 2 , , i , , n ))
的求解问题,分别采用了牛顿法和模拟退火算法求解该非线性方程组,在对两种算法进行比较的同时,分析了H桥逆变器级联 数目和调制比对输出波形改善和方程求解的影响,并利用Multisim仿真对结果进行了检验,最后提出了级联型多电平逆变器的 最优控制 策略。 关键词:牛顿法 模拟退火算法 Multisim仿真 回归分析 文章编号:1672-3791(2017)03(b)-0245-08 同时基于阶梯波特定消谐技术的输出电压 vac 波形质量,可通 过总电压谐波畸变率(Total Harmonics Distortion,THD)来描 述,如下式:
Vs 4V dc s cos(s 1 ) cos(s 2 ) L cos(s n ) , 0 ≤ 1 2 L n ≤ 2
(1)
对于 n 个H桥变换器单元的级联型变换器系统,在满足期望 基波电压幅值的条件下可消去特定谐波的数量为 (n-1)。 设触发 角为 i (i 1, , n ) ,输出电压的基波分量幅值为V 1m 。 定义调制比幅 值 m V 1m / (n V dc ) 。 根据上述约束条件可写出关于 程组:
(S 1i , S 3i ) 或 ( S 2i , S 4 i ) 开通 时 输 出0电 平,即输 出 电 压 vaci 为0;当 (S 1i , S 4i ) 开通时输出1电平,即输出电压 vaci 为 vdci ;当 ( S 2i , S 3i ) 开
V
V i2 100%
2 2 V 52 V 72 V 11 V 43
学 术 论 坛
DOI： 10.16661/ki.1672-3791.2017.08.245
2017 NO.08 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION
科技资讯
级联型 H 桥逆变器的阶梯波特定消谐技术研究
马昕雨 (华北电力大学 北京 100000) 摘 要 :在高压、 大功率场合,级联型多电平逆变器得到了越来越多的应用。 该文围绕级联H桥逆变器SHEPWM非线性方程组