45_坐标下级联逆变器基于三电平逆变器SVM_晏建玲

三电平逆变器中的死区效应与补偿_杨兵建

电流方向调整功率器件的开关动作时刻，最终使得输出电压波形与理论波形一致，达到良好的补偿效果。该方
法能有效减小输出谐波含量，并恢复由死区效应引起的有效值损失。最后通过实验证实了该方法的有效性。
关键词：逆变器；死区补偿；交流传动
中图分类号：TM464
文献标识码：A
文章编号：1000-100X（2011）03-0004-02
死区效应也会使三电平逆变器在输出电压中
产生低频奇次谐波，其有效值可近似为 △Un=△U1/n， n=3，5，7…。
这些低频谐波电压会引起低频谐波电流的增
加。由此可知，在三相三线系统中，死区引起的谐
波电流中比重最大的是 5 次和 7 次谐波，谐波电
流会使负载电机产生力矩波动，引起机械振荡。当
电机转速较低时，输出电压的调制比低，死区效应
观测器输出角度，ia，ua 为后端整流器网侧 a 相电流、电压。由图可见，从负载阶跃变化开始直至 Udc 稳定只需约 60 ms。对比两组波形可见，对于三电平 PWM 整流器，采用 SVM-DPC 拥有比直接电流控制更为优异的直流母线电压控制能力，也即其
1引言
目前，多电平逆变器被广泛应用于交流传动领域。其中，二极管箝位型三电平逆变器由于其结构紧凑，便于实现 4 象限运行而备受重视[1]。
与两电平逆变器相似，为防止直通，通常要对互补导通的开关管设置死区时间。在这段时间里，逆变器的输出不受控制，进而导致输出电压、电流波形畸变。当逆变器带电机负载时，会引起电机力矩波动，稳态和暂态特性变差等问题。大功率开关器件通常有更长的开通和关断时间，需要设置更大的死区时间，尽管开关频率较低，但死区的影响仍然较大，尤其是在低调制比输出的情况下。

采用三电平数字控制的三相逆变器

构造了一个完整的基于全数字控制
V 6 每一个短矢量都分别对应着两种桥臂开关状态例如 V 1 可以通过 100 实现也可以通过 211 实现零矢量和短矢量的冗余为实现输入电容电压平衡提
对这种控制算法进行了验证
万方数据
第 21 卷第 12 期
陈
新等
采用三电平数字控制的三相逆变器
73
供了解决方法
中矢量和长矢量分别有 6 个
中图分类号
TN86
TM464
Three-Level Digital Control Based Three-Phase Inverter
Chen Xin Li Chunyan Yan Yangguang Nanjing 210016 China Nanjing University of Aeronautics & Astronautics Abstract
The three-level inverter with diode clamp
4 个功率开关管 S1 为电压参考点关管关断状态代表 S2 S3 出状态
表1
由于三电平逆变器功率器件的个数比两电平逆变器增加了一倍地均分输入电压控制相对也更为复杂另外由于输入电容不可能是无穷大两个电容并不能理想如果两个输
Three-level inverter has widely been applied in high voltage occasion. A three-phase
inverter fully digitally controlled by software running on a DSP has many advantages over mixed analog and processor controlled implementations, such as programmability, adaptability, fow component count, design reusability, process independence, advanced calibration ability, and better performance. In this paper, based on the DSP digital control platform, a three-phase inverter controlled by three-level digital was implemented, and the system design of software arithmetic was presented. The research of space vector modulation (SPVM) for three level condition and its software arithmetic was presented in detail. The optimal coordinate transformation was applied in order to simply the real-time calculation in the software. Furthermore, the solution and software arithmetic for the balance of input capacitor voltage was discussed. At last, simulation of the inverter system verify this control scheme. Keywords Inverter, three level, space vector modulation, digital control, digital signal processor. 中应用最广泛的是二极管钳位型位型三电平逆变器作为研究对象在高压大功率场合为了降低高压应多电其飞其多电平逆变器控钳位型三电平逆变器的拓扑结构极管组成作用压 2 个输入电容 C 1 一种新型的逆变器本文以二极管钳图 1 即为二极管它由 2 个输入电

三电平NPC逆变器的一种新型SVM混合段法调制策略

ｓｅｌｅｃｔｉｎｇａｒｅｇｉｏｎｏｒｂｒｅｇｉｏｎｈａｓｂｅｅｎｖｅｉｒｉｆｅｄｂｙｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ．Ａｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｓｔｒａｔｅｙｇｗａｓｇｉｖｅｄｔｏｒｅｄｕｃｅｅｖｅｎ —
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＪｉａｎｇｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，
Ｚｈｅｎｉｆａｎｇ２１２０１３，Ｊｉａｎｇｓｕ，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎｌａＳＶＭｍｅｔｈｏｄｓｆｓｅｖｅｎｓｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ，ｎｉｎｅｓｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ，ｅｔｃ．）ａｐｐｌｉｅｄｉｎｔｈｒｅｅ ‘ ｌｅｖｅｌ
ｏｒｄｅｒｈａｒｍｏｎｉｃａｓｆａｒａｓｐｏｓｓｉｂｌｅｉｎｎｅｕｔｒａｌｐｏｉｎｔｕｎｂｌａａｎｃｅｓｉｔｕａｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｖｅｎ－ｏｒｄｅｒｈａｒｍｏｎｉｃ；ｔｈｒｅｅ — ｌｅｖｅｌ；ｉｎｖｅｔｅｒｒ；ｓｗｉｔｃｈｉｎｇｌｏｓｓ；ｎｅｕｔｒａｌｂａｌａｎｃｅ；６０。ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｙｓｔｅｍ

一种级联H_桥多电平逆变器故障诊断方法

第27卷㊀第9期2023年9月㊀电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报Electri c ㊀Machines ㊀and ㊀Control㊀Vol.27No.9Sep.2023㊀㊀㊀㊀㊀㊀一种级联H 桥多电平逆变器故障诊断方法于晶荣,㊀张刚,㊀邱均成,㊀王益硕,㊀孙健文(中南大学自动化学院,湖南长沙410083)摘㊀要: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(LSP-WM )技术的故障诊断方法,直接对H 桥输出电压㊁负载电流和驱动信号的输出特性曲线进行分析㊂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㊂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㊂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㊂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㊂通过仿真证明了所提故障诊断方法的正确性和有效性㊂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DOI :10.15938/j.emc.2023.09.013中图分类号:TM464文献标志码:A文章编号:1007-449X(2023)09-0119-07㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀收稿日期:2021-12-07基金项目:湖南省自然科学基金(2022JJ30742);长沙市自然科学基金(kq2202103)作者简介:于晶荣(1981 ),女,博士,副教授,研究方向为电能质量分析与控制技术;张㊀刚(1995 ),男,硕士研究生,研究方向为多电平逆变器故障诊断和容错策略等;邱均成(1997 ),男,硕士研究生,研究方向为电能质量治理和逆变器故障穿越等;王益硕(1998 ),女,硕士研究生,研究方向为新能源电能质量控制策略;孙健文(1997 ),男,硕士研究生,研究方向为电网阻抗的系统辨识㊂通信作者:张㊀刚Fault diagnosis method for cascaded H-bridge multilevel inverterYU Jingrong,㊀ZHANG Gang,㊀QIU Juncheng,㊀WANG Yishuo,㊀SUN Jianwen(College of Automation,Central South University,Changsha 410083,China)Abstract :A fault diagnosis method based on level-shifted pulse width modulation (LSPWM)technique was proposed to diagnose the switch open circuit fault of cascaded H-bridge multilevel inverter.The out-put characteristic curves of H-bridge output voltage,load current and driving signal were analyzed direct-ly.When part of the driving signal is disconnected,the corresponding current and voltage have partial loss and fluctuation so as to deduce the corresponding relationship among the three in the case of failure.According to the direction of modulation wave and load current,the system was divided into four working modes,and faults were diagnosed in the specific mode.The characteristic curve of load current crossing zero was analyzed in order to identify the fault of diagonal switch in pared with the existing methods,the fault range of the proposed method is extended to double tube fault based on LSPWM,and by the diagnostic logic it is easy to understand without additional hardware circuits.Simulation resultsshow correctness and effectiveness the proposed fault diagnosis method.Keywords :cascaded H-bridge;multilevel inverter;fault diagnosis;open-circuit fault;level-shifted pulse width modulation0㊀引㊀言级联H桥多电平逆变器(cascaded H-bridge multilevel inverter,CHBMLI)因其具有易于模块化㊁高压大容量和谐波失真低等优点,已广泛应用于电气化铁路与城市轨道交通的牵引系统㊁电动汽车㊁光伏并网发电系统㊁高压直流输电㊁交流电机驱动和无功补偿等场合[1-4]㊂由于CHBMLI采用了大量的半导体开关来获得高质量的输出功率,因此它面临的主要困境是开关失效的概率升高[5]㊂根据相关统计和调查,开关故障大约占整个逆变器系统故障的近三分之一[6]㊂开关管的故障通常可以分为开路故障(open-circuit fault,OCF)和短路故障(short-circuit fault,SCF)㊂SCF造成的影响非常迅速,通常由硬件方案解决[7]㊂在OCF情况下,由于固有的开关冗余,CHBMLI可以继续运行,但其输出质量降低㊂然而,这可能使其他健康开关的电压应力增加,并可能导致整个系统损坏㊂所以,OCF诊断速度与准确性对于系统持续可靠运行十分关键[8-9],也直接关系到容错控制策略的选择㊂近些年,OCF故障诊断方法被广泛研究[10-18]㊂现有多电平逆变器的OCF故障诊断方法包括基于模型㊁基于智能算法和基于信号三类方法㊂文献[10]中每个CHB支路都用一个电流传感器和一个电压传感器监测支路的电流和输出电压,将测量的电压与预期的电压进行比较,并根据偏差的大小和电流流向确定开路故障的位置㊂文献[11]基于计算的平均桥臂极电压与误差自适应阈值,将平均桥臂极电压偏差作为故障检测与识别的诊断变量,实现电压源逆变器单㊁多管开路故障诊断㊂文献[12]采用一个电压传感器测量CHB的网侧电压,通过对CHB网侧电压估计值与实测值的比较来定位故障㊂基于此类方法的开关故障诊断,由于开关器件多且非线性的影响导致建模较为困难㊂为了避免建模带来的困难,相关学者采用基于智能算法的故障诊断方法㊂文献[13]通过特征分析选取正常模式和8种故障模式下的7个电压谐波参数作为故障特征向量,构造一个三层神经网络,其中7个特征向量为神经网络的输入层,从而可以在一个调制周期内准确地识别故障位置㊂文献[14]利用d-q变换将三相电压信号转换为两相来减少故障信息的维数,建立一个4层的神经网络进行故障诊断㊂文献[15]提出一种基于小波包变换和支持向量机的故障诊断方法,提取小波包能量作为故障特征向量,并把该故障特征向量作为支持向量机的输入量㊂该类方法虽然能够避免诊断精度对系统模型的依赖性,但是计算量大且不能用于实时的在线诊断㊂为了实现实时的在线诊断,相关学者采用基于信号的故障诊断方法㊂文献[16]介绍了一种CHB 三电平逆变器故障诊断方法,该方法利用输出电压和负载电流对应的波形特征进行故障诊断,解决了H桥中对角开关因故障特征相似难以识别的问题㊂文献[17]中的故障诊断不仅考虑单管故障,也考虑了单个二极管故障以及开关管和对应二极管同时故障的情况㊂文献[18]中将电平数增加至五电平,提出了一种精确识别8个开关管的单管故障诊断方法㊂这类方法与前两类方法相比,实现简单且容易理解,并且不需要额外的硬件电路,具有较高的实用性㊂由此可见,对于CHBMI的故障诊断,基于信号的方法有更大的发展潜力㊂然而当双管同时发生故障,对系统的影响更为严重,但是以上方案均考虑单管OCF,对于双管OCF的诊断仍有很大的局限㊂目前对双管故障的研究主要集中于三相桥式逆变器,虽然文献[18]中的方法可以应用于三相级联逆变器中双管故障诊断,但2个开关管需要在不同相中分布,而在同一相中每个H桥均有一个开关管发生故障的双管故障情况下,该方法便得不到较好的诊断效果㊂为了克服以上方案的不足,本文通过分析双管故障下输出电压电流以及驱动信号的特征,提出一种可以精确识别同相不同H桥双管故障的诊断方法㊂1㊀CHB五电平逆变器的工作原理图1为单相CHB五电平逆变器的整体拓扑结构,其采用电压源型逆变单元(H桥)串联组成以实现高压大功率输出,谐波分量少㊁波形畸变小㊂它包括:2个H桥(H桥1和H桥2)㊁8个带有反并联二极管(D1~D8)的IGBT开关(S1~S8)㊁滤波电容C㊁直流电源U dc㊁LC滤波器和感性负载㊂G1~G8是相应的驱动信号㊂交流输出端顺序连接,即各单元输出电压叠加,进而形成一个总的多电平输出电压㊂实际系统中级联模块的数量N是由设备的工作电021电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第27卷㊀压㊁直流侧电压和制造成本等决定㊂图1㊀电路拓扑结构Fig.1㊀Circuit topology2个H 桥的输出电压分别为v o1和v o2,输出电压为v o ,从图中可以得出输出电压为v o =v o1+v o2㊂(1)控制方法采用电压电流双闭环控制,2个H 桥输出电压和负载电流作为采样变量㊂CHBMLI 常用的调制方法包括载波层叠调制(level-shifted pulse width modulation,LSPWM)和载波移相调制(phase-shifted pulse width modulation,PSPWM),与PSPWM 相比,LSPWM 在高电平与低电平场合都适用,而且具有开关损耗易优化和谐波特性好等优势㊂LSP-WM 包括同向层叠(phase disposition,PD)㊁正负反向层叠(phase opposition disposition,POD)和交替反向层叠(alternate phase opposition disposition,APOD)㊂相比于其他两种方法,PD 的谐波性能最好,因此采用PD-LSPWM 作为调制技术,PD-LSPWM 信号的产生如图2所示,其中v m (t )为正弦调制波信号,c 1(t )~c 4(t )为4个幅值不同的高频三角载波信号㊂基于PD-LSPWM 的输出电压v o 和各个开关S x (x =1~8)之间的关系如表1所示,1和0分别表示开通和关断状态(对驱动信号也适用)㊂图2㊀PD-LSPWM 信号Fig.2㊀Signal of PD-LSPWM表1㊀v o 和S x 的关系Table 1㊀Relationship between v o and S xv oS 1S 2S 3S 4S 5S 6S 7S 82U dc 10011001U dc 10010101001010101-U dc01100101-2U dc11112㊀CHB 五电平逆变器的故障特征分析㊀㊀为了便于分析故障信号的特点,选取CHB 五电平逆变器作为分析和仿真的对象,主要考虑位于同相不同H 桥中双开关同时发生故障的情况㊂单相五电平逆变器共有8个开关,因此上述故障情况总共有16种,如表2所示㊂表2㊀故障情况Table 2㊀Fault condition现定义如下变量:S x oc 表示开关S x (x =1~8)发生故障,故障下2个H 桥输出电压和负载电流分别表示为v o1oc ㊁v o2oc 和i loc ㊂根据调制波和负载电流的方向,带有感性负载的CHBMLI 在正常情况下可以分为4种工作模式,如表3所示,对于其他负载,上述工作模式不再适用㊂特定的开关故障只在一定的工作模式下表现出故障特征,而且H 桥中对角开关在相同的工作模式下表现出故障特征,即S 1㊁S 4㊁S 5㊁S 8和S 2㊁S 3㊁S 6㊁S 7分别在模式1和模式2中表现出故障特征,从而减少检测计算量㊂由于故障情况较多,以S 2oc 和S 8oc 的分析为例㊂在S 2oc 和S 8oc 下,每个H 桥及负载电流输出波形如图3所示㊂对于H 桥1:当G 4=1,G 1=G 2=G 3=0121第9期于晶荣等:一种级联H 桥多电平逆变器故障诊断方法时,0<v o1oc <U dc ,i loc ʈ0;当G 3=1,G 1=G 2=G 4=0时,v o1oc ʈ0,i loc <0,H 桥1中电流流通方向为D 1到S 3㊂对于H 桥2:当G 5=1,G 6=G 7=G 8=0时,v o2oc ʈ0,i loc >0,H 桥2中电流流通方向为D 7到S 5;当G 6=1,G 5=G 7=G 8=0时,v o2oc ʈ-U dc ,i loc >0,H 桥2中电流流通方向为D 6到D 7㊂表3㊀工作模式Table 3㊀Working mode工作模式v m i l 模式1++模式2--模式3+-模式4-+图3㊀S 2oc 和S 8oc 下的输出波形Fig.3㊀Output waveform under S 2oc 和S 8oc其他开关的故障情况分析类似,故障特征表如表4所示,其中i 1loc 和i 2loc 分别表示在诊断H 桥1和H 桥2中的故障开关时所采集的不同时刻的负载电流㊂表4㊀故障特征表Table 4㊀List of fault characteristic故障v o1oc i 1loc v o2oc i 2locG 1G 2G 3G 4G 5G 6G 7G 8S 1oc 和S 5oc 010101/00101/001S 1oc 和S 6oc 011/01/001/0010001S 1oc 和S 7oc10111/00111S 1oc 和S 8oc 1/01/01/01/00011/01/000S 2oc 和S 5oc 1/0101001/01/001/001S 2oc 和S 6oc 1/0101001/01/00001S 2oc 和S 7oc 1/01/001001/01/0011S 2oc 和S 8oc 1/01/01/01001/01/01/01/000S 3oc 和S 5oc 1/01010101/001/001S 3oc 和S 6oc 1/01010101/00001S 3oc 和S 7oc 1/01010101/0011S 3oc 和S 8oc 011/010101/01/01/000S 4oc 和S 5oc 1/01011/01/00001/001S 4oc 和S 6oc 1/011/01/01/01/0000001S 4oc 和S 7oc 1/01011/01/00011S 4oc 和S 8oc 1/01/01/01/0101/01/003㊀基于信号特征的故障诊断方法根据以上分析及故障表提出如图4所示的故障诊断方法,该故障诊断方法以H 桥电压㊁负载电流以及相应驱动信号为诊断变量,主要通过对双管故障下H 桥中对角开关进行诊断达到不同H 桥下任意双管故障的诊断㊂图5中变量定义如下:v e1和v e2分别代表2个H 桥实际电压和参考电压之间的差值,正常情况下通常在一个范围内波动,v e1在δvo1l 至δvo1h 范围内变化,v e2在δvo2l 至δvo2h 范围内变化;为了提高可靠性,引入w 1和w 2两个变量,分别表示2个H 桥对应的误差变化百分比,取为2.5%和3%;T s 为图3(b)中过渡时段的起始时间,与开关频率和滤波器参数等有关;f 1㊁f 2和f 3为相应电压电流的参考阈值㊂图4㊀诊断过程Fig.4㊀Diagnostic process221电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第27卷㊀图5㊀相关变量的定义Fig.5㊀Definition of related variables诊断方法具体过程:假定同相不同H桥下的2个开关同时发生故障,分别检测2个H桥电压,通过实际电压与正常参考电压的比较判定2个H桥是否同时发生故障,当发生故障后在相应的工作模式下采集所需故障信号,进而通过诊断逻辑确定H 桥中故障开关的具体位置㊂变量A㊁B和F分别用来诊断开关S1与S4㊁S2与S3以及S6与S7下的故障㊂对于S5和S8的识别还需进行信号采集时刻的判断,因此在图5中单独标出㊂除了采集驱动信号,对于开关S1和S4只需要采集H桥1的输出电压,而其余对角开关的判定均需采集相应H桥电压和负载电流㊂4㊀仿真验证4.1㊀仿真分析基于MATLAB/Simulink仿真平台对故障诊断方法进行验证,仿真参数如表5所示㊂给定故障规定如下:对于2个故障开关均在正半周的开关以及正负半周各有一个开关发生故障在正半周期给定故障,对于2个故障开关均在负半周的开关发生故障,在负半周期给定故障㊂以S1oc和S6oc为例进行验证,仿真结果如图6所示㊂表5㊀仿真参数Table5㊀Simulation parameters㊀㊀㊀参数数值直流电压U dc/V40基频f o(=1/T o)/Hz50载波频率f c/kHz3滤波器电感L f9.5mH,0.35Ω滤波器电容C f10mF,0.03Ω直流侧电容C/mF20调制指数M0.9负载阻抗Z L/Ω8电压环比例调节增益K vp0.1电压环积分调节增益K vi 4.5电流环比例调节增益K ip0.01电流环积分调节增益K ii0.01图6㊀S1oc和S6oc下的仿真结果Fig.6㊀Simulation result under S1oc and S6oc在t1时刻对开关S1和S6给定故障,在t2时刻检测到开关S1故障,在t3时刻检测到开关S6故障,在t3时刻S1和S6双管故障均得到有效诊断㊂全部开关故障的诊断时间如表6所示,由表6可以看出,当2个故障开关都在同一个半周内,诊断时间均在321第9期于晶荣等:一种级联H桥多电平逆变器故障诊断方法0.12ms以内,而对于在正负半周内都有分布的故障开关,诊断时间相对要长,主要是因为发生故障后2个开关的故障特征并不会在同一个半周内表现出来㊂整体而言,仿真达到预期效果㊂表6㊀全部故障的诊断时间Table6㊀Diagnosis time of all faults4.2㊀对比分析对于基于LSPWM技术的CHBMI,与文献[16-18]相比,所提方法考虑了2个位于同相不同H桥的开关管同时发生故障的情况,当发生故障的2个开关管位于同一个半周时的诊断时间和文献[18]基本一致,对于双管故障能够进行准确诊断㊂主要不足是对于2个不在同一个半周内的开关管(即S1和S6㊁S1和S7㊁S2和S5㊁S2和S8㊁S3和S5㊁S3和S8㊁S4和S6㊁S4和S7)发生故障后诊断时间相对较长,而且开关管对应的所有二极管均正常工作㊂与现有方法[19]相比,减少了计算量且可以实现在线诊断㊂5㊀结㊀论针对CHBMI中同相不同H桥双管同时发生故障的问题,本文分析了双管故障下各故障信号的特征,提出了一种双管故障诊断方法㊂该方法能够利用以H桥电压㊁负载电流和驱动信号为采样变量的信号处理方法实现有效诊断,与现有方法相比,该方法扩展了双管故障下的拓扑为级联逆变器,提高了级联逆变器双管故障下的电平数目㊂此外,提高双管故障检测时间㊁拓展到更高电平等级和应用到其他调制技术将是未来的研究重点㊂参考文献:[1]㊀张琦,李江江,孙向东,等.单相级联七电平逆变器拓扑结构及其控制方法[J].电工技术学报,2019,34(18):3843.ZHANG Qi,LI Jiangjiang,SUN Xiangdong,et al.Topology structure and control method of single-phase cascaded seven-level inverter[J].Transactions of China Electrotechnical Society, 2019,34(18):3843.[2]㊀MHIESAN H,WEI Y Q,SIWAKOTI Y P,et al.A fault-toleranthybrid cascaded H-bridge multilevel inverter[J].IEEE Transac-tions on Power Electronics,2020,35(12):12702. 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三电平逆变器中的死区效应与补偿

三电平逆变器中的死区效应与补偿杨兵建;杨波;何湘宁;邓焰【期刊名称】《电力电子技术》【年(卷),期】2011(45)3【摘要】Based on the analysis of the dead-time effects on the fundamental and low order harmonic components of the neutral point clamped three-level inverter output voltage, a pulse based dead-time compensation method applied to the neutral point clamped three-level inverter is presented.The output currents are detected at every starting and middie of the carrier wave cycle respectively and the PWM pulses are adjusted according to the polarity of the output currents to make the actual pulse time identical to the ideal pulse time, so that the dead-time effect can be well compensated.This method significantly reduces the output distortion and regains the output RMS value.The experimental results are given to demonstrate the validity of this method.%分析了二极管箱位型三电平逆变器的死区效应对输出电压基波和低次谐波的影响,提出了适用于二极管箝位型三电平逆变器的死区补偿方法.该方法分别在载波的开始和中间采样输出电流,根据检测到的输出电流方向调整功率器件的开关动作时刻,最终使得输出电压波形与理论波形一致,达到良好的补偿效果.该方法能有效减小输出谐波含量,并恢复由死区效应引起的有效值损失.最后通过实验证实了该方法的有效性.【总页数】3页(P4-5,8)【作者】杨兵建;杨波;何湘宁;邓焰【作者单位】浙江大学,电气工程学院,浙江,杭州,310027;浙江大学,电气工程学院,浙江,杭州,310027;浙江大学,电气工程学院,浙江,杭州,310027;浙江大学,电气工程学院,浙江,杭州,310027【正文语种】中文【中图分类】TM464【相关文献】1.异步电机矢量控制中死区效应补偿技术的研究 [J], 朝泽云;康勇;徐至新;邹旭东2.串联型电能质量补偿器中死区效应研究 [J], 史伟伟;刘永强3.逆变器中死区效应及其补偿策略分析 [J], 张涛;张强;李良辰4.有源滤波器中逆变器的死区效应与补偿方法 [J], 夏向阳;罗安;李茂军;范瑞祥5.数控逆变器中的死区效应及补偿方法 [J], 李娜因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于三电平SVM技术的船舶电力推进DTC研究

Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ２１２００３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｎｅｕｔｒａｌ — ｐｏｉｎｔ－ｃｈａｍｐｅｄｔｈｒｅｅ — ｌｅｖｅｌｉｎｖｅ￣＇ｔｅｒｉｎｓｈｉｐｅｌｅｃｔｒｉｃｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ
ＤＴＣｗｉｔｈｍｉｄｄｌｅ — ｈｉｇｈｖｏｌｔａｇｅａｎｄｂｉｇｃａｐａｃｉｔｙｈａｓｂｅｅｎｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｐｏｏｒｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｔｌｏｗｓｐｅｅｄｉｎｓｈｉｐｅｌｅｃｔｒｉｃｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ，ａｎｅｗｌｆｕｘｏｂｓｅｒｖｅｒｗｉｔｈｓｔａｔｏｒｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｂａｓｅｄｏｎＵ— Ｉｌｆｕｘｏｂｓｅｖａｒｔｉｏｎｍｏｄｅ１．Ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ，ＳＶＭａｌｇｏｒｉｔｈｍｂａｓｅｄｏｎｄｏｕｂｌｅＰＩｒｅｇｕｌａｔｏｒｈａｓｂｅｅｎｕｓｅｄｉｎｔｈｉｓｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｌｏｗｓｐｅｅｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄ

级联型多电平逆变器控制策略的研究

级联型多电平逆变器控制策略的研究引言：随着新能源的快速发展，电网接入型光伏发电逆变器应用越来越广泛，但是传统的单电平逆变器无法满足高电压和大功率输出的需求。

多电平逆变器因其具有更低的谐波失真、更高的输出质量和更高的效率而逐渐得到了广泛应用。

本文主要研究级联型多电平逆变器的控制策略，以提高逆变器的性能和实用性。

一、级联型多电平逆变器的结构及原理级联型多电平逆变器由多个电平串联而成，每个电平由一个H桥逆变器组成。

通过控制每个H桥逆变器的导通时间及模块化级数，可以实现多种输出电压等级。

级联型多电平逆变器的基本原理是将输入直流电压按照一定的方式切割成多个电平，然后对每个电平进行逆变操作，从而生成多电平输出交流电压。

二、级联型多电平逆变器的控制策略1.基于单环节传统控制策略基于单环节传统控制策略的级联型多电平逆变器控制方法较为简单，通过对每个H桥逆变器进行PWM调制来实现多电平输出电压。

这种方法可以满足一定程度的输出要求，但无法充分发挥多电平逆变器的优势。

2.基于多环节传统控制策略基于多环节传统控制策略的级联型多电平逆变器控制方法在单环节传统控制策略的基础上进行了改进。

通过将多个H桥逆变器的输出电压进行级联，在级联的过程中逐步滤除谐波，提高输出波形质量。

3.基于尺度不同的PWM控制策略基于尺度不同的PWM控制策略是当前较为先进的控制方法之一、通过调整每个H桥逆变器的开关频率和占空比，实现尺度不同的PWM控制，从而降低逆变器输出的谐波失真，提高输出波形质量。

4.基于多谐波消除控制策略基于多谐波消除控制策略是近年来的研究热点之一、通过分析级联型多电平逆变器输出的谐波成分，设计合适的控制方法来消除谐波。

这种方法可以有效降低谐波失真，提高输出波形质量。

三、级联型多电平逆变器控制策略的性能评价结论：本文对级联型多电平逆变器的结构和原理进行了简要介绍，并综述了常用的控制策略，包括基于单环节传统控制策略、基于多环节传统控制策略、基于尺度不同的PWM控制策略和基于多谐波消除控制策略。

三电平NPC逆变器SVPWM

开关状态分别为00 - 1或110 , 10 - 1 , 110或
0 0 - 1 ,根据式 (6) 可以得出各矢量的作用时间占
空比分别为 d1 = 0. 2 , d2 = 0. 2 , d3 = 0. 6 。
4 实验研究
为了验证基于 60°坐标系的三电平 N PC 逆变器 SV PWM 方法的正确性 ,在三电平 N PC 逆变器实验平台上进行了实验研究 ,该实验平台以 600 V 级 2 合 1 封装 T 系列型号为 2MBI200 TA 600 IGB T 为主开关器件 , 以 TMS320L F2407A DSP 为核心控制芯片 ,负载为 0. 75 kW 风机 ,运行频率为 50 Hz 。图 4 为采用 Tekt ro nix 数字示波器实测的相电压、线电压波形和电流波形。
Sxa = i
Sxb = i - vxg
S xa , Sxb , Sxc ∈{ - 1 , 0 , 1} (7)
Sxc = i - vxg - vxh
根据式 (7) 在满足 Sxa , Sxb , Sxc ∈{ - 1 , 0 , 1} 的
条件下 ,选择不同的 i 就可以得到 3 个最近基本
矢量 V x 所对应的全部开关状态。
表 3 A 区中小区的分区方法
A1
A2
A3
A4
| vrg|
<1
>1
<1
<1
| vrh|
<1
<1
<1
>1
vg + vh
<1
>1
3. 3 矢量作用时间的计算根据上述方法得到最近三矢量后 , 对于一个
给定的参考矢量 Vref ( vr g , vrh ) , 由伏秒平衡原理 , 由式 (2) 可得在 60°坐标系中求解各个矢量的占空比公式为

《2024年四线制三电平逆变器空间矢量调制及并网控制技术研究》范文

《四线制三电平逆变器空间矢量调制及并网控制技术研究》篇一一、引言随着电力电子技术的飞速发展，逆变器作为电力转换和能量回馈的核心设备，其性能的优劣直接影响到电力系统的稳定性和效率。

四线制三电平逆变器作为一种新型的逆变器结构，具有较低的谐波失真、较高的电压利用率以及良好的电磁兼容性，被广泛应用于并网发电、电机驱动等场合。

因此，对四线制三电平逆变器的空间矢量调制及并网控制技术进行研究，具有重要的理论价值和应用意义。

二、四线制三电平逆变器基本原理四线制三电平逆变器通过中点箝位（NPC）结构实现三个电平的输出，相较于传统两电平逆变器，其具备更好的谐波特性与更高的电压利用率。

其基本原理在于每个桥臂均具有两个开关器件与一个箝位二极管，通过不同的开关组合实现三个电平的输出。

三、空间矢量调制（SVM）技术空间矢量调制（SVM）技术是一种广泛应用于多电平逆变器的调制策略。

在四线制三电平逆变器中，SVM技术能够根据参考电压矢量，合理分配各桥臂的开关状态，从而减小谐波失真，提高输出电压的波形质量。

在四线制三电平逆变器中实施SVM技术时，首先需要根据当前时刻的参考电压矢量，计算各桥臂的开关状态。

然后根据开关状态，更新各桥臂的开关器件，实现电压矢量的合成。

此外，为了进一步提高SVM的性能，还可以采用优化算法，如预测控制、模糊控制等，以实现更精确的电压控制。

四、并网控制技术并网控制是四线制三电平逆变器的重要应用之一。

在并网过程中，逆变器需要与电网保持同步，以实现能量的高效传输和回馈。

因此，并网控制技术需要解决的关键问题包括同步检测、功率控制以及电流谐波抑制等。

在同步检测方面，通常采用锁相环（PLL）技术实现电网电压与逆变器输出电压的同步。

在功率控制方面，需要采用合适的控制策略，如MPPT（最大功率点跟踪）算法、下垂控制等，以实现逆变器与电网之间的功率平衡。

在电流谐波抑制方面，可以通过优化SVM算法、引入无源滤波器等方式，降低并网电流的谐波含量。

NPC型三电平逆变器SVPWM控制研究与仿真

NPC型三电平逆变器SVPWM控制研究与仿真肖潇;宋平岗;喻冲【摘要】多电平逆变器通过对直流侧的分压和开关状态的不同组合,实现多电平阶梯波输出电压,能有效地提高逆变器系统容量和耐压水平,减小输出电压谐波和开关损耗.三电平逆变器以其优越的性能已逐步成为了大容量,高电压电机调速的主要实现方式之一.以二极管箝位型(NPC)为研究对象.分析了空间矢量脉宽调制(SVPWM)控制三电平逆变器的算法原理,最后给出了用MATLAB仿真的仿真结果.%Through separating pressure of de and different combination of switch state, multi-level inverter realizes multi-level ladder wave output voltage, which can effectively improve capacity and voltage pressure levels of inverters, and reduce the output voltage harmonic and switching losses. Adopting NPC as research object,this paper analyzes the algorithm principle of SVPWM, and finally presents the simulation results of MATLAB.【期刊名称】《华东交通大学学报》【年(卷),期】2011(028)001【总页数】5页(P68-72)【关键词】三电平;NPC;SVPWM;MATLAB【作者】肖潇;宋平岗;喻冲【作者单位】华东交通大学电气与电子工程学院,江西,南昌,330013;华东交通大学电气与电子工程学院,江西,南昌,330013;华东交通大学电气与电子工程学院,江西,南昌,330013【正文语种】中文【中图分类】TM464二极管三电平逆变器在中高压交流电机传动，电网无功补偿等多个领域具有广泛的应用。

三相三电平逆变器SVPWM算法文档

基于 matlab 的三相三电平逆变器 SVPWM 算法2010-11-8 19:51:00 来源：作者：摘要：摘要：本文介绍了二极管中点箝位式三电平电压型逆变器为主电路的逆变装置，详细分析了三相三电平逆变器 SVPWM 传统算法的原理，详细阐述了 SVPWM 波形发生的方法， Matlab/simulink 里以三电平逆变器为对象进行了仿真分析。

在仿真结果与二电平进行了比较，结果证实了三电平控制方法的有效性和模型的正确性,为三电平逆变器的研究提供了一个有效的参考。

伴随着高速列车的引进，我国铁路事业进入了高速时代，其中对 CRH2 机车关键技术的研究已经有突破性进展。

该车上的变频装置属于大容量、高电压变频装置，由于目前的单管容量以及传统的两电平的控制方式均无法满足应用要求，于是采用三电平控制器，三电平可以使开关器件承受的压降降低、改善输出波形的波形质量、减小逆变器和负载收到的冲击等优点，采用在高速列车动车组上。

所谓三电平每相桥臂由 4 个电力电子开关器件串联组成，直流回路中性点 0(其电位为零)由 2 个箝位二级管引出，分别接到上、下桥臂的中间，这样，每个电力电子开关器件的耐压值可降低一半，故结构更适合于中压大功率交流传动控制，这也是目前广泛应用的拓扑结构。

三电平中点箝位式逆变器主电路如图 1 所示。

图 1 三电平中点钳位式逆变器主电路三电平逆变器的 Park 矢量为（1）通常，逆变器利用开关器件的开通和关断经由各相只输出+Udc/2，0，-Udc/2 三种电压，通式(1)变换，输出电压矢量仅有 27 种类型，也就是说逆变器输出 27 种基本矢量，如表 1 所示。

这里，一般将幅值为 2Udc/3 的矢量定义为大电压矢量，如 PNN，PPN；幅值为 3 Udc/3 的矢量定义为中电压矢量，如 PON；幅值为 Udc/3 的矢量定义为小电压矢量，如 POO，ONN。

60°坐标系下三电平逆变器SVPWM的关键问题

60°坐标系下三电平逆变器SVPWM的关键问题牟文静;卢晓;鲁金升;黄梁松【摘要】在学习与应用60°坐标系SVPWM优化算法过程中,认为在60°坐标系下SVPWM算法不需要三角函数的计算和查表运算,是对60°坐标系SVPWM算法的误解.为纠正这一误解,对传统SVPWM算法和60°坐标系SVPWM算法进行了比较分析,并从理论推导和DSP实现两个方面做了相关阐述.详细介绍了如何用DSP F28335实现60°坐标系下三电平逆变器的SVPWM十二路驱动波形的输出并用示波器观察输出的波形.证明了60°坐标系下的SVPWM算法只是减少了三角函数的计算量,而且在用DSP F28335实现该算法时不需要三角函数的查表运算.使用这一算法提高了系统的运行效率.【期刊名称】《电力科学与工程》【年(卷),期】2016(032)007【总页数】6页(P1-6)【关键词】SVPWM算法;60°坐标系;三角函数;查表运算【作者】牟文静;卢晓;鲁金升;黄梁松【作者单位】山东科技大学电气与自动化工程学院,山东青岛266590;山东科技大学电气与自动化工程学院,山东青岛266590;山东科技大学电气与自动化工程学院,山东青岛266590;山东科技大学电气与自动化工程学院,山东青岛266590【正文语种】中文【中图分类】TM9331980年，日本长岗科技大学A.Nabae等人提出了二极管中点箝位式三电平逆变器［1］。

使用IGBT组成逆变电路，通过控制IGBT的开通和关断来控制电压的输出。

三电平逆变器的控制策略常见的有空间矢量脉宽调制（SVPWM）和正弦脉宽调制（SPWM）两种［2，3］。

由于SVPWM具有更好的谐波优化效果，更高的电压利用率［4］，成为目前研究的热点并且得到了广泛应用。

正因为如此，目前关于SVPWM控制策略也提出了多种优化方法。

Nikola Celanovic最先提出优化的方法，给出了基于60°坐标系的SVPWM的算法［5］，使得复杂的三角函数运算大大简化了。

基于三电平逆变器的永磁同步电机控制策略研究答辩ppt

只道谢，不道别，人生早晚复相逢。
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·意义：由于电力电子器件性能突破跟不上人们的需
求，对于一些大功率、高压场合的电能变换一直受到限制。为了进一步提高电能的利用率以及进一步解决电能质量问题，多电平逆变器是一种值得深入研究的道路
选题目的及意义
选题的国内外研究动态及趋势
Research Trends and Status Quo of Topic Selection at Home and Abroad
研究内容研究思路设计
Research content and experimental design plan
主要研究内容
1. 基于 NPC 型三电平逆变器，将其等效为理想单刀三掷开关模型，设计开关函数模型，方便后续分析； 2. 对比研究三电平逆变器的几种主要调制技术； 3. 搭建空间矢量 PWM 控制算法的模型，利用详细的计算推导 SVPWM 算法原理； 4. 进行总体硬件电路设计； 5. 利用仿真软件对三电平逆变器进行建模，并搭建 SVPWM 算法模块和并网模块，通过波形结果验证改控制系统的可行性。
国内外现状及发展趋势
01
并网逆变器发展现状
自从晶体管问世之后，电力电子技术的发展就开始快马加鞭，逆变技术也成为当今电力电子研究的热点。自从结合了 GTR 和 MOSFET 两种晶体管优点的 IGBT 问世后，因其优越的耐压能力和开关频率被广泛用于逆变器中作开关管使用，这样也使得逆变器的效率获得提升，这让致力于让逆变器造福社会的各国科学家看到了方向。
基于三电平逆变器的永磁同步电机控制策略研究
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