基于H桥级联的电压暂降补偿研究
H桥级联型多电平动态电压恢复器的研究
级 联 型 多 电 平 动 态 电 压 恢 复 器 的 电路 拓 扑 结 构 、 电压 补 偿 策 略 、Ｐ Ｍ 控 制 策 略 以 及 控 制 电 路 的 实 现 。最 后 Ｗ 通 过仿 真验 证 了本 文 的设计 方法 。 关键 词：级 联 多 电平 中 图 分 类 号 ：Ｔ ６ Ｍ７ １ 动 态 电压 恢 复 器 载 波 移 相 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ： １ ０ ．８ ２（０ １ ０ ．０ １０ ０ ３４ ６ ２ １） ５０ ０ —３
１ 引言
随着 现 代 科 学 技 术 的 发 展 ，越 来 越 多 的 生 产 过 程 和 流 水 线 依 赖 于 对 电 能质 量 十 分 敏 感 的微 处 理 器 芯 片 为 核 心 的设 备 ，哪 怕 几 个 周 期 的供 电中
断 或 电压 跌 落 都 将 影 响这 些 设 备 的 正 常 工 作 。然
（ ｖ ｌ ｎｖ ｒｉ ｆ ｎ ｎ ｅｉｇ Ｗ ｕ ａ ３ ０ ３ Ｃｈｎ Ｎａ ａ ｉｅｓｙｏ ｇ ｅｒ ， ｈ ｎ４ ０ ３ ， ｉａ） Ｕ ｔ Ｅ ｎ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｈ－ｒｄ ｅｃ ｓａ ｅ ｌｌｖ ｌ ｙ ａ ｃｖ ｌ ｇ ｅｔｒｒｆ ）ｃ ｎｇ ｅ ｔ ｎ ｒａｅ ｔｅｖ ｌ ｇ ｓｒ ｃ： ｂ ｉ ａｃ ｄ ｄ ｍｕｔｅ ｅ ｎ ｍｉ ｏｔ ｅｒｓｏ ｅ Ｄｖ ｇ ｉ ｄ ａ Ｒ ａ ｒａｌ ｉｃｅ ｓ ｏｔ ｅ ｙ ｈ ａ
究 中 ， 电压 跌 备 正 常 、安 全 运 行 的最 严 重 的动 态 电
能质量 问题Ｌ Ｊ ２ 。近 年 来 在 提 高 配 电 网 电能 质 量 和 供 电可 靠 性 方 面 出现 一 种 崭 新 的方 法 ， 用 户 即“
电压 均 压 问题 等 优 点 【 。本 文 从 结 构 和 调 制 方 ６ 一］
级联H桥逆变器差补调制方式的研究
电 气传 动 ２ ０ ０ ６年 第 ３ ６卷 第 ６期
级联 Ｈ 桥 逆 变器 差 补 调 制 方 式 的研 究
级联 Ｈ 桥 逆 变 器 差 补 调 制 方 式 的研 究
臧义 王旭 林 家泉 徐 彬
东 北 大 学
摘 要 ： 细 介 绍 了单 个 Ｈ 桥 及 级 联 型 逆 变 器 的 结 构 ， 对 正 弦 差 补 调 制 方 式 控 制 下 Ｈ 桥 的 输 出 电 压 进 详 并 行 了详 细 的谐 波 分 析 。差 补 调 制 方 式 控 制 的 Ｈ 桥 能 够 输 出 ３种 电平 ， 够 消 除 大 部 分 低 次 谐 波 及 所 有 的偶 能 次 谐 波 ， 要 谐 波 频 带 远 离 基 波 ， 范 围 是 两 电 平 的 ２倍 。 多 个 Ｈ 桥 级 联 后 的 系 统 输 出 具 有 良好 的 谐 波 特 主 且 性 ， 需 滤 波 即可 直 接 作 用 于 电 机 。 仿 真 结 果 和 理 论 分 析 一 致 。 无 关键词 ： 联 Ｈ桥 级 多电平逆变器 谐 波 分 析
．
ｓ ｔ ｇｒ ｅ ｗ ｉｈ ｔ ｈｅ ｅ ｉａ ｎａ ｙ ｉ． ｕｌｓ ａ ｅ ｔ ｈｅ ｔ ｏｒ ｔｃ １ａ ｌ ｓｓ Ｋ ｅ ｗｏ ｄ ｃ ｓ ａ ｄ ｙ ｒ ｓ： ａ ｃ ｄｅ Ｈ— ｉ ｇｅ ｍ ｕ ｔｌ ｖ １ｉ ｅ ｔ ｈａ ｍ ｏｎ ｃａｎ ｌ ｓｓ ｂｒｄ ｓ ｌｉｅ ｅ ｎｖ ｒｅｒ ｒ ｉ ａ ｙ ｉ
一 ＝
和调制 策 略 的改 进 ， 中改 进 调 制 策 略 所 要 考 虑 其
的重 点是 在权 衡输 出波形 的谐 波含 量 、 开关 损耗 、
『
ｌ
Байду номын сангаас
（） ａ 功率单元 主电路
级联H桥STATCOM直流电压失衡分析与控制策略
sin(ωt) ù
Tdnq =
2 3
ëêêêêêêccooss((ωωtt
+ -
2
3 2
3
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sin(ωt sin(ωt
+ -
2
3 2
3
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（4）
式中：Udp、Uqp、Udn、Uqn 分别为正序 d、q 轴 STATCOM 输出电压分量、负序 q 轴 STATCOM 输出电压分量， Idp、Iqp、Idn、Iqn 正序 d、q 轴 STATCOM 输出电流、负序 d、q 轴 STATCOM 输出电流。据式（1）-（4）可计算 出三相正、负序分量相互作用产生的波动有功功率
针 对 上 述 问 题 ，本 文 首 先 分 析 了 级 联 H 桥 STATCOM 相间有功功率在 dq 坐标系下交换过程， 然后推导出负序电流注入法的相间均压机理，着重 研究了不平衡系统下负序电流对相间电压均衡的 影响，提出了一种改进的基于负序电流前馈的相间 直流电压控制策略，最后分析了 CPS-SPWM 对相内 子模块直流电压的负面影响，采用基于有功电压矢 量叠加的电压控制策略实现相内子模块直流电压 均衡，并通过 RT-LAB 仿真验证了控制策略的可行 性有效性以及鲁棒性。
0T (u an i ap 0T (u bn i bp 0T (u cn i cp
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uuuacbpppiiiacbnnn)))dddtttùûúúúúúúúú
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级联H_桥变频调速系统电机端过电压抑制方案研究
第47卷第4期燕山大学学报Vol.47No.42023年7月Journal of Yanshan UniversityJuly 2023㊀㊀文章编号:1007-791X (2023)04-0319-10级联H 桥变频调速系统电机端过电压抑制方案研究骆志伟1,张㊀敏2,李㊀昕2,孙孝峰2,∗(1.北京航天发射技术研究所,北京100076;2.燕山大学电气工程学院,河北秦皇岛066004)㊀㊀收稿日期:2022-04-15㊀㊀㊀责任编辑:温茂森基金项目:河北省自然科学基金重点项目(E2021203162);河北省重点研究发展计划资助项目(19214405D)㊀㊀作者简介:骆志伟(1980-),男,河北保定人,硕士,研究员,主要研究方向是电动车辆驱动系统设计㊁能源管理及电气控制;∗通信作者:孙孝峰(1970-),男,黑龙江肇东人,博士,教授,博士生导师,主要研究方向为功率因数校正与有源滤波技术㊁新能源变换与组网技术,Email:sxf@㊂摘㊀要:用于中高压电机驱动的级联H 桥变频器具有输出波形谐波含量低㊁器件电压应力小以及效率高等优势㊂然而与传统的两电平变频器一样,当其经长电缆驱动电机时存在电机端过电压的问题㊂为此,本文对级联H 桥变频器的结构进行了改进,将一个辅助双向开关放入每一相的某一子单元中,使该子单元能够产生ʃV dc /2电平,即在总输出电压的每个上升和下降沿中插入一个短暂的固定时间的中间电平㊂此举可将上升/下降沿分为两段,并且两者之间存在两倍于电压波在电缆上传播时间的延迟㊂由于延迟的存在,第二段正好可以抵消第一段的反射波,所以电机端由反射现象导致的过电压会被明显抑制㊂最后,仿真及实验均验证了所提出方案的有效性㊂关键词:电机;多电平;变频器;传输线;过电压中图分类号:TM464㊀㊀文献标识码:A㊀㊀DOI :10.3969/j.issn.1007-791X.2023.04.0050㊀引言变频器作为工业生产中的重要设备之一,具有十分广泛的应用场景㊂但是当变频器用于油田钻井㊁海洋勘测和采矿等场景时,变频器与电机往往安装在不同位置,需要用较长的电缆进行连接㊂此时,变频器产生的高频脉冲波经电缆到达电机端会发生反射现象,使电机端产生过电压和高频阻尼振荡,从而加快电机和电缆的绝缘老化,严重时甚至会出现绝缘击穿,导致电机烧毁㊂此外,电机端的高频振荡还可能导致电机机械部件的损坏以及干扰其他电气设备[1-3]㊂对于过电压产生机理的分析,很早便有较为成熟的研究[2,4],而之后的工作大都集中在抑制方案上㊂在变频器输出端加装RLC 滤波器可以显著降低输出电压变化率或者说可以滤除输出电压中的高频成分,从而减轻甚至消除过电压现象[5-6]㊂而在电机端安装无源滤波器则可以改变电缆末端的阻抗特性,根据传输线理论,当电缆末端的等效阻抗与电缆的特征阻抗相等时,电缆上不会发生反射现象,所以电机端也不会产生过电压[7-8]㊂此外,还有一种低损耗的 RL-plus-C 滤波器分别安装在变频器输出端和电机端,具有结构简单㊁成本低㊁鲁棒性好的优点[9]㊂无源抑制方案虽然原理简单,抑制效果良好,但存在体积巨大㊁损耗高的缺陷㊂而有源抑制方案则可以弥补这些缺陷,文献[10]提出了输出LC 电路的有源控制可以有效降低输出电压的变化率,相比于无源滤波器,电感值显著减小了㊂文献[11-12]提出了一种低损耗的电机末端有源滤波器,该滤波器不仅可以抑制过电压,还可以回收电机的制动能量㊂文献[13]将三相两电平逆变器改造成T 型逆变器,虽然抑制了过电压,但增加了6个功率器件,损耗也增加了㊂文献[14-15]通过耦合电感将一种 反射波消除器 串联入变频器输出端,对变频器输出电压进行 整形 ,达到消除反射波的目的,但是增加了成320㊀燕山大学学报2023本㊂文献[16]提出一种新颖的调制方案以应对过电压问题,无需任何额外的硬件,但只适用于单相H桥电机驱动㊂文献[17]提出一种新颖的软开关逆变器拓扑用于过电压抑制,还可以改善EMI性能㊂文献[18]提出一种基于自适应控制的过电压抑制策略,无需硬件上的改变,但却增加了控制的复杂性㊂随着工业生产中电机的功率越来越大,对电机驱动的电压等级提出了更高的要求,中高压电机驱动开始走上舞台㊂级联H桥和模块化多电平变换器作为优秀的多电平拓扑,在中高压电机驱动中均得到了应用[19-22]㊂但两者具有不同的特点,由于桥臂电感的存在,模块化多电平变换器输出电压的变化率较级联H桥要低,所以过电压问题并不是很严重㊂而星型连接的级联H桥变频器由于没有环流问题,所以相桥臂上一般不安装电抗器,导致其输出电压的变化率很高[23]㊂并且随着碳化硅器件的应用,功率器件的开关速度变得更快,相应的,过电压问题也会更严重[24-25]㊂为了解决级联H桥变频器经长电缆驱动电机时存在的电机端过电压问题,本文根据中间电平插入的抑制原理,提出了一种改进型级联H桥变频器及其控制方法,只需在每相的某一个子单元中加入一对辅助双向开关管,便能够有效抑制电机端过电压㊂1㊀基于传输线理论的过电压现象分析1.1㊀电机端电压数学模型为了分析电机端过电压产生的机理,以及影响过电压峰值的因素,本文将变频器,长线电缆和电机作为整体统一进行考虑㊂假设变频器直流侧电压是恒定无波动的,所以可等效为理想脉冲电压源与其输出阻抗Z s串联,电缆可被当作理想均匀传输线,而电机则可以等效为阻抗Z m㊂图1所示为变频器经长电缆驱动电机的系统模型,电缆长度为l,V(0,s)和V(l,s)分别为变频器输出端电压和电机端电压的拉氏变换,V+(x,s)和V-(x,s)分别为电缆上正向行波(入射波)和反向行波(反射波)的拉氏变换㊂为了方便分析,假设电缆为无损传输线,则其特征阻抗为Z0=L C,(1)式中,L和C分别为单位长度电缆的分布电感和分布电容㊂根据均匀传输线理论[26],从变频器输出端向电机方向看去的输入阻抗Z in为Z in=Z0Z m+Z0tanh(jωl LC)Z0+Z m tanh(jωl LC)=Z01+Γm e-2τs1-Γm e-2τs,(2)式中,τ为电压波在电缆上的传播时间,Γm为电机端的反射系数,分别定义为τ=l LC,(3)Γm=Z m-Z0Z m+Z0㊂(4)图1㊀变频器经长电缆驱动电机的系统模型Fig.1㊀System model of a inverter driving motor via long cable ㊀㊀变频器输出端即电缆首端的电压表达式为V(0,s)=Z inZ in+Z s V(s),(5)将式(2)代入式(5),并定义变频器端反射系数Γs=(Z s-Z0)/(Z s+Z0),可得V(0,s)=1-Γs21+Γm e-2τs1-ΓmΓs e-2τs V(s)㊂(6)电缆上任意一点的电压均可以看成是正向行波V+(x,s)和反向行波V-(x,s)相叠加,而在电机端,根据反射系数的物理意义,入射波和反射波满足V-(l,s)=Γm V+(l,s),所以电机端电压为V(l, s)=(1+Γm)V+(l,s)㊂由于电缆首末端存在传输延迟,利用位移定理,可得变频器输出电压为V(0,s)=V+(0,s)+V-(0,s)=V+(l,s)eτs+V-(l,s)e-τs=(1+Γm e-2τs)V+(l,s)eτs,(7)联立式(6)和式(7),可得电机端电压的复数域表达式为第4期骆志伟等㊀级联H 桥变频调速系统电机端过电压抑制方案研究321㊀V (l ,s )=(1-Γs )(1+Γm )2㊃e -τs1-Γm Γs e -2τsV (s ),(8)在通常情况下,变频器的输出阻抗要远小于电缆的特征阻抗,而电机的等效阻抗又远大于电缆的特征阻抗,即Γs ʈ-1,Γm ʈ1㊂此时,式(8)可变换为V (l ,s )=e -τs1+e -2τs2V (s )㊂(9)由式(9)可知,电机端可产生最大2倍于变频器输出的电压,假设Γs =-0.95,Γm =0.95,τ=0.2μs,由式(8)可以画出当V (s )为方波信号时,电机端电压V (l ,s )的时域响应波形,如图2所示㊂可以看到电机端电压与变频器输出电压之间存在一个时间为τ的延迟,此为电压波在电缆上的传播时间㊂图2㊀变频器输出电压与电机端电压时域响应波形Fig.2㊀Time domain response waveforms of inverteroutput voltage and motor terminal voltage1.2㊀PWM 波上升时间对过电压峰值的影响第一小节推导出了电机端电压的复数域表达式,并画出其时域响应波形㊂但是在实际应用中,变频器产生的并不是理想的阶跃电压波,从一个电平到另一个电平需要一定的上升和下降时间㊂本节主要讨论PWM 波上升时间t r 和电机端反射系数Γm 对电机端过电压峰值V m 的影响㊂根据图3中电压波在电缆上的传递过程可知,在第三次传播过程中即图3中虚线部分,由于变频器端反射系数Γs 一般为负值,所以该正向行波与V (s )的极性相反,当其到达电缆末端即电机端时,电机端电压会降低,而在此之前正反向行波的极性均与V (s )相同㊂因此,过电压的峰值会出现在t =3τ这一时刻,图2(b)中电机端电压的放大波形也验证了这一点㊂图3㊀电压波在电缆上的传播过程示意图Fig.3㊀Schematic diagram of the voltage wave propagationprocess on the cable㊀㊀根据上述分析,当变频器输出的PWM 波在t =3τ之前上升到最大电压时,电机端过电压峰值只受电机端反射系数Γm 约束而与上升时间t r 没有关系㊂反之,如果PWM 波在t =3τ之后还在继续上升的话,传播时间τ和上升时间t r 均会影响过电压峰值㊂电机端过电压峰值的归一化表达式如下[7]V mV (s )=Γm +1㊀㊀t r ɤ3τ3τt r Γm +1t r >3τìîíïïïï㊂(10)根据式(10)可绘制出电机端过电压峰值与上升时间和电机端反射系数之间的关系图,如图4所示㊂由图4可知,当电缆的长度非常短或者变频器输出电压上升非常缓慢的话,电机端过电压峰值并不严重,这就是为什么限制变频器输出电压变化率能够达到抑制电机端过电压的目的㊂322㊀燕山大学学报2023图4㊀过电压峰值与脉冲上升时间和电机端反射系数的关系Fig.4㊀Relationship between overvoltage peak value,pulse rise time and motor terminal reflection coefficient2㊀基于中间电平插入的过电压抑制原理分析与实现2.1㊀中间电平插入理论为了解决变频器经长电缆驱动电机时存在的过电压问题,本文使用了中间电平插入的思想㊂即在变频器输出电压的每个上升和下降沿插入一个持续时间极短的中间电平㊂当在V (s )的上升沿中插入一个大小为V (s )/n ,持续时间为t m 的中间电平时,式(8)可变换为V (l ,s )=(1-Γs )(1+Γm )2e -τs1-Γm Γs e -2τs㊃V (s )n +(n -1)V (s )n e -t m s éëêêùûúú,(10)为了便于分析,假设在极端情况下,即Γs =-1,Γm =1㊂式(10)可简化为㊀V (l ,s )=2e -τs 1+e -2τs V (s )n +(n-1)V (s )n e -t m s éëêêùûúú,(11)而当n =2,t m =2τ时,式(11)又可进一步简化为V (l ,s )=V (s )e -τs ,(12)式(12)的时域表达为V (l ,t )=V (t -τ),(13)由(13)可知,当插入中间电平后电机端电压与变频器输出电压相比,只会有一个微小的延迟,而不会产生过电压㊂假设Γs =-0.95,Γm =0.95,τ=0.2μs,电机端电压的时域响应波形如图5所示,对于V (t )可以看作是V 1(t )和V 2(t )的组合,两者均是幅值为0.5的阶跃信号,但是阶跃时间相差2τ㊂而波在电缆上传播一个来回所需时间正好是2τ,例如在t =3τ这一时刻,V 1(t )的负极性正向行波和V 2(t )的正极性正向行波正好同时抵达电机端,两者相互抵消,之后的时刻同样如此,相当于V (t )在电机端基本不发生反射,所以过电压的峰值明显衰减了㊂由图5可知,插入中间电平后,电机端的过电压得到了明显的抑制,其峰值出现在t =5τ这一时刻㊂并且根据图3中波的传播过程,易知插入中间电平后电机端过电压峰值的归一化表达式为V mV (s )=Γs Γ2m+Γs Γm +Γm +12+Γm +12=㊀Γm +1+Γs Γm (Γm +1)2㊂(14)第4期骆志伟等㊀级联H桥变频调速系统电机端过电压抑制方案研究323㊀图5㊀插入中间电平后变频器输出电压与电机端电压的时域响应波形Fig.5㊀Time domain response waveforms of inverteroutput voltage and motor terminal voltage after theintermediate level is inserted㊀㊀根据式(14)可以绘制出插入中间电平后,电机端过电压峰值与Γs和Γm之间的关系曲线,如图6所示㊂由于变频器的输出阻抗一般比较小,所以Γs只取了较小的值,可以看到,抑制后的过电压峰值一般不会超过25%㊂2.2㊀改进型级联H桥变频器中间电平插入实现针对广泛用于中高压电机驱动领域的级联H 桥变频器,并结合上一节所分析中间电平插入的过电压抑制原理,本文提出了一种可以有效解决电机端过电压问题的改进型级联H桥变频器拓扑结构,如图7所示㊂当变频器没有通过长电缆连接电机即不存在过电压问题时,所提出变频器中的辅助双向开关不动作,此时与传统的级联H桥变频器并无差异㊂而当变频器通过长电缆连接电机时,加入辅助双向开关的H桥子单元则负责产生ʃV dc/2电压,用来在变频器输出电压的上升和下降沿中插入中间电平㊂图6㊀插入中间电平后过电压峰值与电机端和变频器端反射系数之间的关系Fig.6㊀Relationship between peak overvoltage andreflection coefficients at motor and inverterterminal after intermediate levelinsertion图7㊀改进型级联H桥变频器拓扑结构Fig.7㊀Topology of improved cascaded H-bridge inverter324㊀燕山大学学报2023㊀㊀假设所提出改进型级联H 桥变频器含有3个子单元,则各子单元输出电压V o1,V o2,V o3及总输出电压V 总的波形如图8所示,加入辅助双向开关的H 桥子单元主要负责在变频器输出电压中插入中间电平㊂图8㊀改进型级联H 桥变频器各子单元及总输出电压波形Fig.8㊀The sub-units and total output voltage waveformof the improved cascaded H-bridge inverter㊀㊀其中H 桥子单元的驱动脉冲的产生方法与传统的级联H 桥变频器一致,本文不再赘述㊂而对于加入辅助双向开关的H 桥子单元开关管的驱动脉冲则需要根据其他子单元输出电压的上升和下降沿确定㊂首先,加入辅助双向开关的H 桥子单元具有4种工作状态,如图9所示㊂工作在状态1和2可分别输出+V dc /2和-V dc /2电平,工作在状态3和4则子单元输出电压为0,状态3和4之间的切换需要根据变频器的输出电流方向确定㊂图9㊀加入辅助双向开关的H 桥子单元工作状态Fig.9㊀Operation stages of H-bridge subunit withauxiliary bidirectional switch㊀㊀对图9中的工作状态进行分析,可以很容易得到开关管Q 1~Q 6的驱动脉冲生成方法,具体如图10所示㊂图中驱动脉冲的上标表示第几个子第4期骆志伟等㊀级联H 桥变频调速系统电机端过电压抑制方案研究325㊀单元,i o 为变频器输出电流,假设在第n 个子单元中加入了辅助双向开关㊂首先需通过单稳态触发器检测出变频器输出电压的所有边沿,然后再进行一些逻辑变换即可得到开关管的驱动脉冲,这在可编程逻辑器件中是容易实现的㊂图10㊀加入辅助双向开关的H 桥子单元控制方法Fig.10㊀Control scheme of H-bridge subunitwith auxiliary bidirectional switch3㊀仿真及实验验证3.1㊀仿真验证为了验证所提出改进型级联H 桥变频器及其控制方法对于电机端过电压抑制的有效性,在PLECS 中搭建了仿真模型,仿真参数如表1所示,其中电缆参数参考了文献[20]㊂仿真波形如图11所示,由图可知,使用本文所提出的方案可以将过电压从68.2%降低至10.8%,抑制效果十分显著㊂表1㊀仿真参数表Tab.1㊀Table of simulation parameters仿真参数数值子单元直流侧电压/V1000单元数6调制波频率/Hz 50开关频率/Hz 1000电缆分布电阻Ω/km 0.5电缆分布电感μH /km 390电缆分布电容nF /km254电缆长度/m50图11㊀变频器输出及电机端线电压仿真波形Fig.11㊀Simulation waveforms of inverteroutput and motor terminal line voltage3.2㊀实验结果为了验证所提出方案在工程实践中的可行326㊀燕山大学学报2023性,搭建了2个子单元的级联H 桥变频器样机驱动三相异步电动机,变频器样机与电动机的照片如图12所示㊂需要说明的是,实验中使用了一段单位分布参数电路来模拟长电缆㊂图12㊀实验平台照片Fig.12㊀Photograph of experimental platform㊀㊀实验系统的参数如表2所示,根据表中单位长度电缆的分布电感和电容,可以计算出中间电平的最优持续时间为9.6μs㊂表2㊀实验参数表Tab.2㊀Table of experimental parameters实验参数数值子单元直流侧电压/V100单元数2调制波频率/Hz 50单位长度电缆分布电感/μH 23单位长度电缆分布电容/μF1开关频率/Hz 1000开关管XNF20N60T 控制器TMS320F28379D㊀㊀过电压抑制前后电缆末端即电机端电压和电机电流的实验波形分别如图13和14所示㊂可以看到,抑制之前,电机端的过电压峰值可达到70%,使用本文所提出方案后,过电压峰值大大降低,只有10%左右,实验结果充分说明了上述理论分析的正确性和所提出方案的有效性㊂值得注意的是,由于电机绕组电感的存在,电机端电压中的高频阻尼振荡并不会影响电机电流,抑制前后电机电流均比较光滑㊂图13㊀过电压抑制前实验波形Fig.13㊀Experimental waveform before overvoltage suppression第4期骆志伟等㊀级联H桥变频调速系统电机端过电压抑制方案研究327㊀图14㊀过电压抑制后实验波形Fig.14㊀Experimental waveform after overvoltage suppression 4 结论本文针对中高压电机驱动领域,分析了电机端过电压现象发生的原因及其影响因素,并提出了一种改进型级联H桥变频器结构和控制方法,能够有效解决电机端过电压问题,得到了以下结论:1)电机端过电压发生的根本原因是变频器输出的脉冲电压在电缆上发生了反射㊂2)过电压峰值理论上最大为2pu,主要影响因素为电机端反射系数Γs和PWM波的上升时间㊂3)在变频器输出电压的上升和下降沿中插入中间电平可有效抑制过电压,并且中间电平持续时间的最优值为电压波在电缆上传播时间的二倍㊂参考文献1DE LIMA A C S 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GAO Q XU D G.Design of common-mode and differential-mode voltage d v/d t filter at PWM inverter output terminals J . Transactions of China Electrotechnical Society 2007 221 79-84.6姜艳姝于晓洋齐路路.基于PWM长线驱动系统模型的变频器输出端RLC滤波器设计 J .中国电机工程学报2010 30 36 93-97.328㊀燕山大学学报2023JIANG Y S YU X Y QI L L.Design of inverter output RLC filter based on the model of PWM long drive system J .Proceedings of the CSEE 2010 30 36 93-97.7LEE S NAM K.Overvoltage suppression filter design methods based on voltage reflection theory J .IEEE Transactions on Power Electronics 2004 19 2 264-271.8张兴张显立谢震等.双馈风力发电变流器长缆驱动及其过电压抑制 J .电力系统自动化2006 30 21 44-48. ZHANG X ZHANG X L XIE Z et al.Drive of doubly-fed wind-energy generation converter through long cable and over voltage restrain J .Automation of Electric Power Systems 2006 30 21 44-48.9JIANG Y WU W HE Y et al.New passive filter design method for overvoltage suppression and bearing currents mitigation in a long cable based PWM inverter-fed motor drive system J .IEEE Transactions on Power Electronics 2017 32 10 7882-7893.10 STROM J P KORHONEN J TYSTER J et al.Active du/dt new output-filtering approach for inverter-fed electric drives J . IEEE Transactions on Industrial Electronics 2011 58 9 3840-3847.11 YUEN K F CHUNG S H CHEUNG S P.An active low-loss motor terminal filter for overvoltage suppression and common-mode current reduction J .IEEE Transactions on Power Electronics 2012 27 7 3158-3172.12 YUEN K F CHUNG S e of synchronous modulation to recover energy gained from matching long cable in inverter-fed motor drives J .IEEE Transactions on Power Electronics 2014 29 2 883-893.13 LEE S NAM K.An overvoltage suppression scheme for AC motor drives using a half DC-link voltage level at each PWM transition J .IEEE Transactions on Industrial Electronics 2002 493 549-557.14 ZHANG Y LI H.A WBG based active reflected wave canceller forSiC motor drives C//2019IEEE7th Workshop on Wide Bandgap Power Devices and Applications Raleigh NC USA 2019 75-79.15 ZHANG Y LI H PENG F Z.A low-loss compact reflected wave canceller for SiC motor drives J .IEEE Transactions on Power Electronics 2021 36 3 2461-2465.16 DIAB M S YUAN X.A quasi-three-level PWM scheme to combat motor overvoltage in SiC-based single-phase drives J . IEEE Transactions on Power Electronics 2020 35 12 12639-12645.17 ZHOU W DIAB M YUAN X et al.Mitigation of motorovervoltage in SiC-based drives using soft-switching voltage slew-rate d v/d t profiling J .IEEE Transactions on Power Electronics 2022 37 8 9612-9628.18 江川何山王维庆等.基于自适应控制的变流器长电缆驱动引起的过电压抑制策略研究 J .太阳能学报2021 421 187-191.JIANG C HE S WANG W Q et al.Research on suppression strategy for overvoltage caused by long cable drives of converter based on adaptive control J .Acta Energiae Solaris Sinica 2021 42 1 187-191.19 TOLBERT L M PENG F Z HABETLER T G.Multilevel converters for large electric drives J .IEEE Transactions on Industry Applications 1999 35 1 36-44.20 PARIDA N DAS A.A modular multilevel converter with filter capacitor for long-cable-fed drive application J .IEEE Transactions on Industry Applications 2019 55 6 7833-7842.21 YAO H YAN Y SHI T et al.A novel SVPWM scheme for field-oriented vector-controlled PMSM drive system fed by cascaded H-bridge inverter J .IEEE Transactions on Power Electronics 2021 36 8 8988-9000.22 龚向阳蔡振华谢宇哲等.一种改进的模块化多电平换流器模型预测控制策略 J .燕山大学学报2019 43 5 423-432.GONG X Y CAI Z H XIE Y Z et al.An improved modular multilevel converter model predictive control strategy J .Journal of Yanshan University 2019 43 5 423-432.23 AKAGI H.Classification terminology and application of the modular multilevel cascade converter MMCC J .IEEE Transactions on Power Electronics 2011 26 11 3119-3130.24 PAN J KE Z SABBAGH M A et al.7-kV1-MVA SiC-based modular multilevel converter prototype for medium-voltage electric machine drives J .IEEE Transactions on Power Electronics 2020 35 10 10137-10149.25 ZHOU W DIAB M YUAN X.Impact of parasitic and load current on the attenuation of motor terminal overvoltage in SiC-based drives J .IEEE Transactions on Industry Applications 2022 58 2 2229-2241.26 ZHANG S JIANG S LU X et al.Resonance issues and damping techniques for grid-connected inverters with long transmission cable J .IEEE Transactions on Power Electronics 2014 291 110-120.下转第336页336㊀燕山大学学报2023 Research on speed optimization control of power transmission-lineconsidering battery SOCMA Liqun1LIU Zhe2GONG Zitao3FAN Xuejun3AHMAD Waseem4ZHANG Chunjiang41.Handan Xinhe Power Construction Co.Ltd.Handan Hebei056004 China2.State Grid Hebei Electric Power Co.Ltd.Shijiazhuang Hebei050021 China3.Handan Power Supply Branch of State Grid Hebei Electric Power Co.Ltd.Handan Hebei056004 China4.School of Electrical Engineering Yanshan University Qinhuangdao Hebei066004 ChinaAbstract Transmission-line blocking robot can effectively improve security.It is a practical problem to be solved that how to prolong the working time of the blocking robot powered by the battery according to the actual working conditions.In the paper it is studied how to reasonably control the operation speed of the blocking robot according to the battery SOC and the actual work needs so as to improve the endurance of the blocking robot.Firstly the relationship between the robot s DC motor speed and the output power is analyzed.Changing the motor speed can change the motor output power thus controlling the change degree of battery SOC.Consequently an optimal speed control strategy of transmission line blocking robot considering battery SOC is proposed and four speed adjustment coefficients are designed.According to the real-time value of SOC the output power of robot motor is dynamically adjusted to improve the utilization efficiency of battery power.The simulation results show that battery SOC nearly doubled by conservative speed regulation compared with full speed regulation which verifies the effectiveness of the proposed control strategy.According to the real-time value of SOC the output power of the device is dynamically adjusted to improve the utilization efficiency of battery power.Keywords transmission-line blocking robot rechargeable battery DC motor control SOC(上接第328页)Research on suppression scheme of overvoltage at motor terminal of cascaded H-bridge variable frequency speed regulation systemLUO Zhiwei1,ZHANG Min2,LI Xin2,SUN Xiaofeng2(1.Beijing Institute of Space Launch Technology,Beijing100076,China;2.School of Electrical Engineering,Yanshan University,Qinhuangdao,Hebei066004,China)Abstract:The cascaded H-bridge inverter used for medium and high voltage motor drive has the advantages of low output waveform harmonic content,small device voltage stress,and high efficiency.Like the traditional two-level inverter,when it drives the motor through a long cable,there is also the problem of overvoltage at the motor terminal.For this reason,the structure of the cascaded H-bridge inverter is improved in this paper,and an auxiliary bidirectional switch is placed in a subunit of each phase,so that it can generateʃV dc/2level,that is,a short fixed time intermediate level is inserted into each rising and falling edge of the total output voltage.The intermediate level can divide the rising/falling edge into two sections,and there is a delay between the two that is twice the propagation time of the voltage wave on the cable.Due to the existence of delay,the second section can just cancel the reflected wave of the first section,and the overvoltage caused by the reflection phenomenon at the motor terminal will be significantly suppressed.Finally,the effectiveness of the proposed scheme is verified by simulation and experiment. Keywords:motor;multilevel;inverter;transmission line;overvoltageCopyright©博看网. All Rights Reserved.。
级联h桥多电平变频器关键技术研究
华中科技大学博士学位论文摘要本文针对高压大功率级联H桥多电平变频器的关键技术，重点研究载波移相脉宽调制优化策略、载波相位计算方法、变频器失电跨越策略以及针对过调制问题的失电跨越优化策略。
级联H桥单元的直流电源参数差异等多种因素都会导致单元直流电压不相等。
在H桥单元直流电压不相等工况下，传统载波移相脉宽调制策略无法消除变频器输出电压的低频边带谐波。
另一方面，大功率变频器的开关频率通常比较低，开关频率与两倍开关频率附近边带谐波的频率也比较低。
在实际应用中，谐波频率越低，对负载的影响越大。
本文应用双重傅立叶法分析电压谐波。
在此基础上，提出根据单元直流电压调整单元载波相位的载波移相脉宽调制优化策略。
根据单元直流电压调整载波相位，必须求解相关的超越方程组。
现有的数学工具难以直接求解本文的超越方程组。
本文根据方程组的特点，优化粒子群算法与人工蜂群算法，搜索载波相位的精确解。
粒子群或人工蜂群等智能搜索算法，需要较多的计算资源，现有的控制器难以承担。
本文提出智能算法离线求解、在线查表与线性插值计算相结合的方法，快速计算载波相位。
在工业生产领域，高压大功率变频器周边大功率设备的起动、故障与负载冲击等多种因素，都有可能导致电网电压大幅跌落甚至失电。
电网电压大幅度跌落，极有可能导致变频器停机，破坏工业生产的连续性，造成经济损失，甚至引发生产事故。
本文设计了高压大功率级联H桥多电平变频器的失电跨越策略。
失电跨越必须首先稳定变频器总直流电压，即所有H桥单元直流电压总和。
其次，必须调节反灌入A、B与C相电路的有功功率，实现A相N个级联H桥单元直流电压之和（U dcA）、B相电路N个级联H桥单元直流电压之和（U dcB）与C相电路N个级联H桥单元直流电压之和（U dcC）基本相等的目的。
本文提出的均压控制策略，利用失电跨越工况变频器输出电流幅值相对稳定的特点，根据U dcA、U dcB、U dcC与电机三相电流相位，生成零序电压，调节反灌入A、B与C相电路的有功功率。
级联H桥变换器的均压控制方法的研究与实现
２ ０１ ６年 １ ２月
电力 电 子技 术
Ｐ ｏ ｗｅ ｒ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ
Ｖｏ １ ． ５ ０，Ｎｏ ． １ ２ Ｄｅ ｃ ｅ ｍｂ ｅ ｒ ２ ０ １ ６
级联 Ｈ桥变换器的均压控制方法的研究与实现
王其 斌 。李 俊
２ １ １ ８ ０ ０ ） （ 南京 工业 大学 ，江苏 南 京
制 方式 进行 实验验 证 ， 经 验证 此处 所提 出 的均 压策 略可 行 ， 且 器 ；级联拓 扑 ；均 压控 制 中图分 类号 ： Ｔ Ｍ４ ６ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ０ — １ ０ ０ Ｘ（ ２ ０ １ ６ ） １ ２ — ０ ０ ６ ６ — ０ ５
节 总 电压平 稳 的基 础 上 ， 通 过在 指 令 信号 上 叠加 与变 流 器 同相 位 的有 功分 量 实现 各 链节 的均压 调 节 ， 并通 过
矢 量分 析给 出 了均 压 控制 的具 体实 现过 程 。最 后搭 建 了低 压实 验平 台 ． 分 别针 对 直接 电流 控 制与 间接 电流 控
Ｏｎ ｅ Ｋｉ ｎ ｄ ｏ ｆ Ｇｒ ｉ ｄ Ｃａ ｓ ｃ ａ ｄ ｅ ｄ Ｈ－ ｂ ｒ ｉ ｄ ｇ ｅ Ｃｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ Ｅｑ ｕ ａ ｌ ｉ ｚ ｉ ｎ ｇ Ｃｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ Ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ
ｗＡ Ｎ Ｇ Ｑ ｉ ． ｂ ｉ ｎ．Ｌ Ｉ Ｊ ｕ ｎ
ｔ ｈ ｅ ｃ ｈ ａ ｉ ｎ ｌ ｉ ｎ ｋ ｓ ， ｔ ｈ ｅ ｌ ｉ ｎ ｋ ｓ ａ ｒ ｅ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ ｉ ｓ ｓ ｕ ｅ ｓ ｏｒ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ａ ｓ ｃ ａ ｄ ｅ ｔ ｏ ｐ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｐ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｂ ｉ ｒ ｎ ｇ ｓ ｔ ｒ ｏ ｕ ｂ ｌ ｅ， ａ ｎ ｄ ｈ ａ ｓ ｌ・ ａ ｗａ ｙ ｓ ｂ ｅ ｅ ｎ ｐ ｏ ｐ ｕ ｌ ｒ ａ ｑ ｕ ｅ ｓ ｉ ｔ ｏ ｎ ｃ ａ ｓ ｃ ａ ｄ ｅ ｔ ｏ ｐ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ． Ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｉｓ ｒ ｉ ｔ ｃ ｓ ｏ ｆ ｉ ｎ ・ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ， ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ａ ｎ ｏ ｖ ｅ ｒ ｌ ａ ｙ ｖ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｕ ｐ ｐ ｅ ｒ ｅ ｑ ｕ ａ ｌ ｉ ｚ ｉ ｎ ｇ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ， ｔ ｏ ｅ ｎ ｓ ｕ ｒ ｅ ａ ｓ ｍｏ ｏ ｈ ｔ ｌ ｉ ｎ ｋ ｄ ｅ ｖ ｉ ｃ ｅ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｂ ａ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｔ ｏ ｔ ａ ｌ ｖ ｏ ｌ ｔ ｇ ｅ， ａ ｂ ｙ ｓ ｕ ｐ ｅ ｉｍｐ ｒ ｏ ｓ ｉ ｎ ｇ ｏ ｎ ｈｅ ｔ ｃ ｏ ｍｍａ ｎ ｄ ｓ ｉ ｇ ｎ ｌ ａ ｗ ｉ ｈ ｔ ｈｅ ｔ ｓ ａ ｍｅ ｐ ｈ ａ ｓ ｅ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ａ ｃ ｉ ｔ ｖ ｅ ｃ ｏ ｍ－ ｐ ｏ ｎ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ａ ｌ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ｈ ａ ｉ ｎ ｌ ｉ ｎ ｋ ｓ ｒｅ ａ ｖ ｏ ｌ ａｇ ｔ ｅ ｒ ｅ ｇ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ， ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｃ ｒ ｅ ｔ ｅ ｒ ｅ ｌｉ ａ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｐ ｏｃ ｒ ｅ ｓ ｓ ｂ ｙ ｅ － ｑ ｕ ｌｉ ａ ｚ ｉ ｎ ｇ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｖ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ． Ｆ ｉ ｎ ａ ｌ ｌ ｙ， ｔ ｈ ｅ ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ｌ ａ ｐ ｌ ａ ｆ ｔ ｏ ｒ ｍ ｔ ｏ ｂ ｕ ｉ ｌ ｄ ａ ｌ ｏ ｗ－ ｐ ｅｓ ｒ ｓ ｕ ｒ ｅ， ｅｓ ｒ ｐ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ ｏｒ ｆ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｅｃ ｒ ｔ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｅ ｘ ｐ ｅ ｉｍｅ ｒ ｎ ｔ ｓ ａ ｎ ｄ ｉ ｎ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｍｏ ｄ ｅ， ｅ ｑ ｕ ａ ｌ ｉ ｚ ｉ ｎ ｇ ｐ ｏｖ ｒ ｅ ｎ ｓ ｔ ｒ ａ ｔ ｅ ｙ ｇ ｐ ｏｐ ｒ ｏ ｓ ｅ ｄ ｉ ｓ ｆ ｅ ａ ｓ ｉ ｂ ｌ ｅ ａ ｎ ｄ ｈ ａ ｓ
基于多电平动态电压恢复器的电压暂降治理
矫正器 （ Ｄ Ｓ Ｃ） 、不间 断电源 （ Ｕ Ｐ Ｓ ） 和 动态 电压 恢复器 （ Ｄ Ｖ Ｒ） 。 动 态 电 压恢 复 器 （ Ｄ Ｖ Ｒ）是 目 前应 用非 常广 泛且发 展迅 速 的暂 态 电压补 偿装 置 ， 能够有 效补偿 系 统 电压 的 凹 陷部 分 ，具 有 良好 的 补偿效 率 。Ｄ Ｖ Ｒ 串联 在 敏感 负 荷 与 系统 之 间 ，当 系统 发生 电压暂 降 时 ，Ｄ Ｖ Ｒ输 出一个 补 偿 电压 加 到线 路上 ，可 以 在 １ ／ ４周 期 内对 电压 暂 降做 出反
２ ． １ Ｈ桥 逆变 单 元
这些 负荷对 电能 质 量 要求 特 别 高 ，微 小 的 电 压变
动 就可 能带来 负荷 的 不 正 常运 行 ，给 生 产 带来 巨
大 的损 失 。电能质 量 中 以 电压暂 降对 敏 感 负荷 的 影 响最 为 明显 ，因此 需 要 对 电压暂 降进 行 深 入 的
领域 ，所 补 偿 的 电 压 等 级 和 补 偿 容 量 都 比较 小 ，
随着 研 究的深 入 ．希望 Ｄ Ｖ Ｒ可 以运 用在 较高 的 电
压等 级 ，补偿 更 大 的 容量 。在 动态 电压 恢 复器 的
收稿 日期 ：２ ０ １ ３ — ０ ３ — ２ ８
２ ２
第４ １卷
基 于 多电平 动态 电压 恢 复器 的 电压 暂 降治理
级联H桥APF直流侧电压控制系统的仿真研究
级联H桥APF直流侧电压控制系统的仿真研究作者：卢献法马成虎来源：《阜阳职业技术学院学报》2015年第02期摘要：针对级联H桥有源电力滤波器的特点，提出一种用MATLAB/Simulink 元件库中的电力电子器件建立闭环控制系统的仿真模型。
仿真模型的谐波电流检测算法采用基于瞬时无功功率理论的ip，iq法，调制方式采用载波移相调制方式。
文章重点针对级联H桥有源滤波器的直流侧电压的稳压与均压问题，提出了与电网侧交换能量的相间稳压方法和叠加调制波的同相电容均压方法，仿真结果证明了该方法的正确性。
关键词：有源电力滤波器；级联H桥；直流侧电压；载波移相；谐波检测中图分类号：TM761 文献标识码：A 文章编号：1672-4437（2015）02-0052-040 引言这些年来，随着各种电力电子器件的广泛应用，产生了大量的谐波和无功电流注入电网，对公用电网的供电质量和用户设备的安全运行造成严重的影响。
各种针对谐波检测和抑制的技术不断提出并得到一定程度的应用，特别是有源滤波器的提出和应用，对谐波抑制起到明显的效果。
多电平变流器能够直接输出高压而无需变压器的连接，因而大功率场合中受到越来越多的重视[1，2]。
相对于二极管钳位型多电平变流器和飞跨电容型多电平变流器，级联H桥型多电平变流器所需的元器件数目最少，具有较易实现、高可靠性、低谐波和畸变小等优点，是现阶段大功率、高电压等级变流器领域研究的热点。
载波相移SPWM技术可以在较低的器件开关频率下实现较高开关频率的效果，不但使SPWM技术应用于特大功率场合成为可能，而且在提高装置容量的同时，有效地减小输出谐波，提高整个装置的信号传输带宽，是一种非常适用于大功率APF的开关调制策略[2，3]。
H桥级联多电平变流器的直流母线电压稳定均衡控制是H桥级联多电平拓扑的研究重点和难点之一，它直接关系到变流器交流侧输出波形质量、变流器单元的有功和无功出力、变流器开关管的电压和电流应力以及变流器的动态响应速度，甚至有可能造成变流器的闭锁，大大限制了H桥级联多电平变流器性能的发挥。
级联H桥静止同步补偿器新型容错控制
级联H桥静止同步补偿器新型容错控制
刘继军;张晓娟
【期刊名称】《电力系统及其自动化学报》
【年(卷),期】2022(34)4
【摘要】针对级联H桥静止同步补偿器中H桥模块单开关故障,设计了一种不依赖于辅助元件的纯软件新型容错运行方案。
通过傅里叶级数分析和计算,优化了特定谐波消除脉宽调制算法,同时调高H桥模块的直流电压至原来的2N(/2N-1)倍。
在平衡采样周期内,根据电容电压值和静止同步补偿器的工作模式,调节H桥模块的平均有功功率。
利用级联H桥静止同步补偿器样机进行了故障容错运行实验测试,结果显示,在检测并定位到绝缘栅双极型晶体管故障后,静止同步补偿器通过升高H 桥模块直流电压可恢复至额定容量,并实现了静止同步补偿器最大平衡线电压,且无直流偏置,同时维持了直流电压平衡,故障前后电流总谐波失真保持基本一致。
测试结果验证了所设计级联H桥静止同步补偿器容错控制方案的有效性。
【总页数】9页(P90-98)
【作者】刘继军;张晓娟
【作者单位】太原工业学院电子工程系;中北大学信息与通信工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TM46
【相关文献】
1.具有谐波分频补偿功能级联静止同步补偿器
2.级联H桥型静止同步补偿器控制方法仿真分析
3.DSPCPLD 在级联H桥配电网静止同步补偿器的应用
4.基于滑模控制的角形级联静止同步补偿器快速不平衡补偿方法
5.一种基于方波注入的星形级联静止同步补偿器的负序电流补偿策略
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h桥级联型多电平逆变器的研究
h桥级联型多电平逆变器的研究H桥级联型多电平逆变器的研究随着科技的不断发展，电力电子技术也在不断突破，为我们的生活带来了更多的便利。
H桥级联型多电平逆变器作为一种新型的电力电子器件，已经引起了广泛的关注和研究。
本文将探讨H桥级联型多电平逆变器的原理、应用以及未来的发展趋势。
我们来了解一下H桥级联型多电平逆变器的原理。
H桥级联型多电平逆变器是一种由多个H桥逆变器级联而成的电力电子系统。
每个H桥逆变器都由四个功率开关管和四个二极管组成，通过控制这些开关管的开关状态，可以实现输入直流电压的多电平逆变。
通过合理地控制开关管的开关状态和PWM调制技术，可以输出不同电平的交流电压，从而实现对电力信号的精确调节。
H桥级联型多电平逆变器具有多种优点。
首先，它能够产生多电平的输出电压，可以减小电力系统中的谐波含量，提高电力质量。
其次，它具有较高的输出电压波形质量，能够有效地减小电力系统中的噪声和干扰。
此外，H桥级联型多电平逆变器还具有较高的效率和较好的可靠性，能够满足不同的电力系统要求。
H桥级联型多电平逆变器在多个领域有着广泛的应用。
首先，它可以应用于电力系统中的无功补偿和电能质量改善。
通过控制H桥级联型多电平逆变器的输出电压，可以实现对电力系统中的无功功率的补偿，提高电能质量。
其次，它还可以应用于电力电子变换器、电力传动系统以及再生能源系统等领域，实现对电力信号的精确调节和控制。
未来，H桥级联型多电平逆变器的发展还将面临一些挑战和机遇。
首先，随着电力电子技术的不断进步，H桥级联型多电平逆变器的性能将会得到进一步提升。
其次，随着新能源的不断发展和应用，H桥级联型多电平逆变器将在逆变器和变流器中发挥更重要的作用。
此外，H桥级联型多电平逆变器还可以与其他新型电力电子器件相结合，实现更高效、更可靠的电力系统。
H桥级联型多电平逆变器作为一种新型的电力电子器件，具有很大的研究价值和应用前景。
通过对其原理、应用和未来发展趋势的研究，可以为电力电子技术的进一步发展提供一定的参考和指导。
基于调制波重构的级联H桥型变流器直流电压均衡控制原理分析
基于调制波重构的级联H桥型变流器直流电压均衡控制原理分析北京交通大学电气工程学院的研究人员吴丽然、吴命利，在2017年第22期《电工技术学报》上撰文，为了抑制级联H桥型变流器直流电压的不均衡，分析变流器交流侧和直流侧的功率传输，然后以调制波重构的思想详细分析直流电压均衡控制的原理。
提出基于单位化的变流器输出电流构造调制波微调量的改进直流电压均衡方法。
根据分析结果，给出在整流、无功补偿、谐波补偿等应用场合直流电压均衡控制策略的构成方法及建议。
仿真和实验结果表明直流电压均衡控制策略的有效性。
级联型多电平变流器也称为级联H桥型（Cascaded H-Bridge, CHB）变流器或多单元串联型多电平变流器，由于是多单元串联、各单元结构相同，在直流侧相互独立，易采用模块化设计和安装，能够实现高电压、多电平的输出，成为高电压大功率电力电子装置的主流拓扑结构，广泛应用于静止同步补偿器、光伏并网逆变器、电力电子变压器等场合[1-4]。
级联H桥型变流器也存在缺点：由于开关损耗、器件断态损耗、电容自身损耗和吸收回路损耗的差异以及输入脉冲延时的不同会造成直流电压的不均衡[5,6]，而直流电压的均衡是级联H桥型变流器正常工作的基础。
因此，直流电压均衡控制是级联H桥型多电平变流器的研究热点。
文献[7,8]采用增加额外均衡电路的方法调节等效并联损耗或直流母线能量实现了直流电压的均衡，虽然没有增加控制算法的复杂程度，但是增加了硬件电路的功率损耗。
文献[9]利用单元间直流电压差实现均衡控制，但仅适合两单元级联变流器。
文献[10]阐述了脉冲轮换均衡电压的原理，采用叠加有功电压矢量的方法。
文献[11-14]实现了级联H桥型静止无功补偿器直流电压的均衡控制。
文献[15]实现了级联H桥型整流器直流电压的均衡控制，但缺少详细的直流电压均衡控制原理的分析，且均衡方法不具有通用性。
文献[16]通过沿电流放电建立微调量实现了级联静止无功发生器（Static VarGenerator, SVG）直流电压均衡控制。
级联H桥多电平变换器协调控制的研究
级联H桥多电平变换器协调控制的研究本文以带有高频隔离的级联H桥多电平变换器为主要研究对象，提出了可用于该变换器的层次化协调控制策略。
本文首先针对级联H桥多电平变换器的整流/逆变级、传输级的工作特性进行了分析，然后依次建立了各变换级的离散时间域的状态空间模型以及考虑扰动之后的小信号模型。
在得到被控对象模型的基础上，提出了系统的协调控制策略。
该策略由三部分组成，分别是：单相同步参考系下的基于状态反馈的级联H桥多电平变换器的整流/逆变级控制策略、基于均衡SOA的电压平衡调制策略以及无电流传感器的功率平衡控制策略。
同时还对系统无源器件参数，如整流/逆变级交流侧电感、直流侧电容以及传输级高频变压器漏感的设计进行了研究。
最后针对所提出的控制策略进行行了仿真和实验设计，并搭建了基于双DSP主控板的实验平台。
仿真和实验结果均验证了本文研究成果的正确性。
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摘要随着现代科技的进步和国民经济的发展,电能质量问题受到供电部门和用户的普遍关注。
其中,由系统故障引起的电压暂降,是导致敏感设备不能正常工作的主要原因,造成了严重的经济损失。
电压暂降与短时间中断是近年来日益引起关注的动态电能质量问题之一，是用户对电力部门抱怨和投诉最多的原因。
电压暂降和短时间中断会引起用户敏感设备或自动生产线不能正常工作甚至作业中断而造成相当大的经济损失。
对于高科技含量的现代工业负荷和商业金融系统，造成的经济损失尤为突出。
本文提出了一种动态电压恢复器(DVR)装置,用最小电压法对电压暂降进行补偿。
对于装置的拓扑结构、器件选择进行了分析计算，并且在PSCAD/EMTDC仿真软件中做了仿真，提出了一种采用H桥级联多电平拓扑的控制方案，能够有效高精度的抑制系统中的各种电压暂降，使电压波动幅值达到标准的-5%到+5%，保障设备的正常运行。
仿真以及实验结果均表明本装置可以有效的模拟各种电流扰动的发生。
通过仿真可以为将来研制400V/100kV A实验样机打下理论基础。
关键词：电压暂降H桥级联多电平动态电压恢复器(DVR) 载波移相控制AbstractWith modern technology and national economic development, power quality problems by the electricity sector and the user's attention. Among them, system failures caused by the voltage sag, leading to sensitive device is not working the main reason, causing serious economic losses. V oltage dips and short interruption is a growing concern in recent years, the dynamic power quality problem is that users complain about the electricity sector and the cause of most complaints. V oltage dips and short interruption can cause users to sensitive equipment or automatic production line does not work even work interruption caused considerable economic losses. For the high-tech modern industrial and commercial financial system load, resulting in economic losses is particularly prominent. This paper presents a dynamic voltage restorer (DVR) device, with the minimum voltage method to compensate for voltage sag. The device topology, device selection is analyzed and calculated, and PSCAD / EMTDC simulation software to do the simulation, a cascade using multi-level H bridge topology control scheme can effectively suppress high-precision system a variety of voltage sags, the voltage fluctuation amplitude reaches the standard +5% -5% to ensure normal operation of equipment. Simulation and experimental results show that the device can effectively simulate a variety of current disturbances occur. The simulation can be developed 400V/100kVA prototype for the future lay a theoretical foundationKey words：Harmonic Dynamic V oltage Restorer pwm H bridge目录摘要 (I)绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 电压暂降的产生及治理 (3)1.3 电压暂降补偿的发展 (6)1.4 短路电流限制 (10)1.5 小结 (11)2 控制策略 (12)2.1 现有电压暂降的检测方法 (12)2.2 瞬时无功功率理论 (14)2.3 对补偿策略的研究 (16)2.4 最小能量法 (17)2.5 最小电压法 (18)2.6 控制原理图 (19)2.7 PQ变换法 (20)2.8 PI调节法 (21)2.9 PWM控制技术 (22)2.10 小结 (23)3参数设计 (24)3.1 主电路拓扑 (24)3.2 系统电抗及负荷参数设计 (25)3.3 IGBT (26)3.4 PWM整流IGBT参数设计 (27)3.5 级联H桥IGBT参数设计 (28)3.6 限流电抗参数设计 (28)3.7 LC低通滤波器的参数设计 (29)3.9 本章总结 (30)4电压暂降补偿软件仿真 (31)4.1 仿真软件的选用 (31)4.2 主电路拓扑 (32)4.3 仿真分析 (33)5.总结和展望 (40)5.1 总结 (40)5.2 展望 (40)致谢 (41)参考文献 (42)附录 (42)绪论1.1 课题背景目前，国外已进行了大量的相关研究和统计调查，而国内在这方面的研究和开发才刚刚起步。
这一研究工作的开展具有十分重要的现实意义和应用价值。
电压暂降是当前业界所面临的代价最大的电能质量问题之一,针对所研究的配电网,建立了可用于监测电压暂降的分布式电能质量在线监测系统。
介绍了监测系统的构成、性能参数及监测点的配置方法。
应用UNI-PEDE对监测到的各次电压暂降的下凹深度及持续时间进行了统计分析,并根据监测及配电网运行记录对电压暂降发生原因作了分析。
研究了电压暂降对研究区域内电力用户的影响,用SARFI-ITIC图对影响用户的电压暂降和短时间中断事件进行了分析。
研究结果有助于进一步改善电压暂降并为用户侧解决方案提供依据。
对电力企业来说，开展系统短路故障引起的电压暂降和短时间中断对电力系统安全可靠性影响的研究，所获得的评估结果，是衡量系统安全优质可靠供电能力的指标，是改善电力网设计的依据，是开放电力市场按质定价的前提，是电力用户选址和设备择优的设计条件，是政府招商引资，引进先进生产线以及重大社会活动顺利进行的基本保证。
电压暂降的危害主要有以下几个方面：1）现今的精密制造设备、电脑，变频器等用电负载对电压暂降均非常敏感，持续16ms的85%至90%电压暂降即可能导致设备停机。
2）电压暂降与短时断电(interruption)的差别在于短时断电时负载一般与供电系统完全断开，而电压暂降发生时负载仍与电源连接，对某些工业用户而言，两者均会造成设备停机，所产生的结果是相同的，但是电压暂降发生的机率远高于断电会发生的机率。
3）随着现代工业及高科技产业的快速发展，基于功率电力电子开关设备的普及与应用，一些新兴电力负荷如变频器供电的工业设备、PLC以及微处理机对电压骤降敏感程度很高，当电压下降到敏感电压门槛值（例如85%标称值）以下，持续时间超过1个周期就会导致设备运行中断，造成巨大的经济损失。
4）现代社会各行各业广泛应用的计算机，电压暂降（幅值下降大于10%，持续时间大于100ms）可引起计算机系统紊乱，数据丢失。
5）对生产电子器件的工厂，在发生电压暂降时，会使制冷机停止工作，而冷却装置是给芯片生产和检测设备提供水源的，会造成生产停止。
电压暂降问题是客观存在的不可避免的，用户为了减少因电压暂降引起的损失，必须采用特定的定制电力设备。
动态电压调节器（DVR）是一种静态串联补偿器。
当系统侧电压偏离了一定的范围，DVR将迅速动作，以补偿电源电压的偏差，快速跟踪并恢复负荷侧的电压波形，满足特殊用户对电能质量的高要求。
国外自80年代末，许多公司便开始了定制电力技术的专题研究，并陆续推出了SSTS、DVR、DSTATCOM 等产品化装置。
DVR是改善电压型电能质量问题的最经济、最有效的手段。
不过，目前DVR 主电路拓扑基本采用两电平、三电平及利用串联变压器的注入模式，在应用上存在一些问题或不足，级联多电平拓扑能有效解决这些问题。
有关级联多电平、无注入变压器拓扑的DVR工程研究及设计尚未见到报道，针对中压系统电压暂降治理目标，对级联多电平无注入变压器结构的DVR进行包括主电路拓扑、储能、滤波器、暂降检测及补偿等的系统设计及仿真研究对DVR高压大容量方面的应用具有重要意义。
目前，在对电能质量问题的研究中，电压骤降和瞬时供电中断已被认为是影响许多用电设备正常、安全运行的最严重的动态电能质量问题。
统计表明，大型电力用户，幅度超过20%的骤降年发生率在10~20次左右。
许多高度自动化连续生产过程，每次电压骤降造成的经济损失达数十万至数百万美元之多。
可见，减少或减缓电压波动是提高供电质量的重要内容。
传统的方法不能有效地解决动态电能质量问题。
随着电力电子技术和大功率开关器件的发展，在提高配电网电能质量和供电可靠性方面出现了一种新方法，即定制电力技术。
定制电力技术由Narain G Hingorani提出，其核心内容是电力电子设备在电力系统中的应用。
动态电压恢复器(dynamic voltage restorer，DVR)是CP家族中的重要成员，它可以补偿电压的骤降、骤升、不对称、闪变、波动、谐波等，良好的动态性能和容量上的相对优势使其成为治理动态电压问题最经济、有效的手段之一。
动态电压恢复器(DVR) 是解决暂态电能质量问题的一种有效途径。
就单相DVR 的电压扰动检测、基于特定谐波消除的软件锁相技术,以及分段式电压补偿策略等问题进行了探讨。
引入导数和积分方式来实现快速电压波形鉴别以及噪声消除,通过二次微分消除特定谐波分量,简化锁相滤波,推导了软件锁相初值角的计算方法,提出了分时段电压检测和补偿的模型,并配合实现补偿电压的生成,最后通过DVR 样机的单相电压跌落实验验证了上述算法的可行性。