蔡鸿[1]2015年在《多电平逆变器SHEPWM若干问题研究》文中提出多电平逆变器以其独特的优点而受到越来越多人的关注。它不仅可以减小dv/dt、减少电压冲击、改善波形的总的谐波畸变率THD，降低开关应力，可以获得较高的功率因数，易于模块化设计从而减少了生产成本，因此对其进行研究有着重要的意义。本文以级联多电平逆变器为研究对象，主要研究内容及创新点如下：介绍了几种典型多电平逆变器的拓扑结构及工作原理，并分析比较了这种拓扑结构的优缺点；以H桥级联型多电平逆变器为控制对象，对其进行特定谐波技术的研究；详细介绍了阶梯波调制SHEPWM方法的原理及非线性消谐模型的建立过程；在前人的研究基础上，提出了一种统一的多波段SHEPWM模式，解决了传统梯形波调制中存在的调制比受限问题，将调制比范围拓展至0~1。非线性方程组的求解毫无疑问是SHEPWM技术的关键，牛顿迭代法以及其基于牛顿迭代法的各类改进算法，一度成为SHEPWM研究的一大热点，该方法简单、快速但是对初值的依赖性较大。本文提出了一种适合于多波段调制方式的Walsh域消谐模型，对非线性方程组进行了求解，取得了较好的控制效果，为特定谐波消除技术的开关角度在线计算奠定了基础。针对H桥级联型多电平逆变器存在的各单元功率输出不均衡的问题，分析并提出了适合多波段调制方式的功率更为均衡的开关方案。针对特定谐波消除技术在线计算开关角度问题，以七电平为例，将SHEPWM消谐方程组转换为代数多项式方程组的形式，利用数学软件Matlab中的Solve函数对代数多项式方程组进行求解，并对多波段调制方式下开关角度分布进行了分析讨论，最后在DSP中分别用线性插值法和牛顿迭代法实现了特定谐波消除技术(SHEPWM)开关角度的在线计算。
丁小松[2]2002年在《SHEPWM控制技术研究及其应用设计》文中研究说明论文分析了SPWM技术的原理和其谐波的产生和危害。在此基础上，重点研究了同伦映射解特定消谐脉宽调制(SHEPWM：selected harmonic eliminating pulse width modulation)模型的方法。文中建立了消谐的数学模型、分析了同伦映射的特点，列举了各种同伦方程的求解方法，研究了在具体应用中同伦算法的步骤，给出了具体算例。通过和传统的牛顿算法的比较，指出非线性方程组的同伦算法具有在大范围内快速收敛和对迭代初值不敏感等特性。根据研究又制作了基于DSP-TMS320LF2407的控制电路，编制了程序。研究表明：采用同伦算法和牛顿算法相结合的新算法进行逆变器消谐模型的求解，具有收敛范围宽、收敛速度快等显着优点，采用这种方法可以实现SHEPWM方程的实时在线求解。
宋克俭[3]2016年在《叁电平NPC变流器SHE-PWM控制技术研究》文中指出叁电平二极管中点箝位(NPC)变流器由着名学者A. Nabae等在1981年率先提出以来的,此后得到了进一步的发展,由于其自身的优点也得到了广泛的应用。它不仅在大功率高压的逆变工作场合得到大量的应用,而且在其他电力电子装置中也应用广泛,如：滤波器、静态VAR无功补偿装置等。文章以叁电平二极管中点箝位(NPC)变流器为研究对象,对其工作主电路的各个部分以及控制方法进行了细致的分析和研究,主要内容如下：1.介绍了叁电平变流器主电路拓扑结构的主要类型,并对各个类型的优缺点对比分析,主要分析叁电平中点箝位(NPC)变流器的工作原理和各个工作状态切换的基本规则,并进行仿真实验。2.对叁电平变流器LCL滤波器进行深入分析,研究其参数设计过程中的各种限制条件,并加以总结。同时,在特定实验条件下进行实验仿真,验证其准确性。3.以消除叁电平并网变流器在大功率低开关频率运行情况下产生的低次谐波为目标,分析特定谐波消除法(SHEPWM)的原理,对前人的研究成果进行总结,并提出新方法,通过实验和仿真进行验证。
肖云煌[4]2017年在《多电平逆变器SHEPWM控制策略及功率均衡控制方法的研究》文中提出随着电力电子技术与功率半导体器件的发展,多电平逆变器在中高压大容量变流领域中得到了日益广泛的应用。它在降低了dv/dt、降低开关电压应力的同时,可以获得较低的电磁干扰和较高的功率因数,同时还有利于模块化生产。因此,对多电平逆变器进行研究具有非常重要意义。本文以直流侧电压不等的级联H桥型多电平逆变器为研究对象,主要内容及其创新点如下:对叁种传统的多电平逆变器的拓扑结构及运行原理进行了介绍和描述,对其优缺点进行了讨论和比较。同时,对四种典型的多电平逆变器控制策略进行了说明,阐述了其具体实现方式和工作特性。针对直流侧电压不规则的级联H桥逆变器,采用特定谐波消除脉宽调制策略进行控制,理论分析了多电平逆变器SHEPWM方程组的特性,从传统数值算法如牛顿迭代法、同伦算法以及Walsh函数法等和智能算法如粒子群算法和遗传算法等两个方面对方程组的求解进行了阐述,并分析比较了求解算法的特性及优缺点。对直流侧电压不规则的情况,以七电平逆变器为例,取叁种不同电压值情况,利用改进的多种群遗传算法求解建立的SHEPWM非线性方程组得出对应的开关角度解。对得出的叁种不同电压值情况下的开关角度轨迹进行了对比和分析,对调制度在0.65~0.85区间内出现的多组解情况进行了讨论和比较,通过对比不同解时消谐效果的差异,为不同要求场合下消谐角度的选择提供了参考。研究结果通过了仿真与实验验证。针对混合级联多电平H桥逆变器,根据前人提出的混合调制策略,提出了一种新型的基于两单元混合七电平逆变器的阶梯波载波混合调制策略,此调制策略在高压单元工作在基频的情况下,对低压单元进行了正负反向层迭移幅载波调制,改善了输出电压的波形质量。以此为基础,通过理论分析混合级联多电平逆变器各个H桥单元输出电压基波幅值与输出有功功率的关系,提出了一种与新型混合调制策略相适应的功率均衡控制方法。该方法解决了逆变器高、低压单元功率输出分配出现极端,实现了全调制度下各个H桥单元的功率均衡。在仿真和实验平台验证了混合调制策略及其功率均衡控制方法的可行性,为其在实际工程中的应用提供了参考。
张建光[5]2016年在《基于改进粒子群算法的逆变器谐波优化的研究》文中研究表明进入二十一世纪以来,电力电子,微电子以及工业控制领域相关技术的不断突破,使PWM调制技术在各种电力电子逆变装置中得到越来越广泛的应用。随着非线性器件的发展,谐波危害也越发严重。逆变器就是一种谐波源。本文深入研究牛顿迭代法,遗传算法,尤其是改进粒子群算法在特定谐波消除技术中的应用。逆变器SPWM, SVPWM等传统的控制方式虽然在逆变装置得到广泛的应用,但是依然存在直流电压利用率低和开关管功耗大的限制。本文打破传统的PWM控制方式,依据改进粒子群算法研究特定谐波消除脉宽调制技术。首先本文对课题的研究背景进行探讨,分析了谐波产生的原因和可能造成的危害,然后介绍抑制谐波技术的现状。然后对单相逆变电路和几种常用的控制技术进行了分析和研究。在介绍SPWM和SVPWM两种控制方式理论的基础上,分析两种控制方式的应用场合和优缺,由此引出本文研究的SHEPWM控制技术。简要概述SHEPWM技术,依据周期信号傅里叶级数展开知识建立电压型逆变器输出相电压的数学模型。相电压的傅里叶级数展开式是建立SHEPWM方程组和分析谐波分布规律的有效依据。SHEPWM方程组是非线性超越方程组,涉及到逆变器输出相电压的基波和各次谐波与开关角关系,求解方程组就是求解开关角。介绍了牛顿迭代法和遗传算法的基本理论和计算SHEPWM方程组步骤。牛顿迭代法的求解过程依赖初始值的选取,遗传算法虽然不再严格依赖初值的选取,但是该算法也容易陷入局部最优。越来越多的群智能算法应用到SHEPWM方程组的求解中。粒子群算法是一种智能算法,该算法求解步骤简单,易于理解,求解过程不依赖初值的选取。通过对粒子群算法惯性权重,收缩因子等参数的合理改进,避免SHEPWM非线性超越方程组早熟收敛。依据牛顿迭代法,遗传算法和改进的粒子群算法,应用MATLAB对四分之一周期5个开关角的SHEPWM方程组计算。结果显示改进粒子群算法在迭代次数和谐波畸变率等参数的比较中更有优势,验证了改进粒子群算法对相电压输出波形谐波优化的有效性。最后,本文基于MATLAB/Simulink建立单相逆变器的仿真平台,利用改进粒子群算法求出的数据进行实验,结果验证了该算法的可行性。
黄凯峰[6]2016年在《基于智能算法的多电平逆变器特定谐波消除控制技术研究》文中认为多电平逆变器由于输出容量大、开关频率低、输出电压波形质量好及功率因素高等优点,在中高压、大功率的电机调速和电力系统中受到了越来越多的关注。在多电平逆变器调制方法中,SHEPWM具有控制简单、波形质量高,能对谐波进行选择性的消除的优点,因此本文针对多电平逆变器SHEPWM技术做了相关研究,本文的主要内容和创新点如下:针对SHEPWM非线性方程组的求解问题,本文分别采用基于惯性权重动态的PSO和基于实数编码的GASA对其进行求解,它们均弥补了传统数值解法对初值依赖性较大的缺点,且前者克服了传统PSO易陷入局部最优的缺点,迭代次数大大减少,惯性权重的动态变化有效平衡了算法的寻优性能和收敛速度;后者充分利用了GA的全局寻优性能和SA的局部寻优性能,可更加有效、精确的收敛于最优解,并以实数编码保存个体来提高计算精度。以H桥级联型多电平逆变器为研究对象,建立阶梯波调制下的SHEPWM消谐策略和SHEPWM功率均衡策略,提出在输出相电压波形满足1/4周期对称前提下,改变各H桥输出单元的电压波形以达到H桥功率均衡,对比仿真结果比较可得,SHEPWM功率均衡策略可以在减少消谐方程的基础上达到功率均衡。针对级联型多电平逆变器输出侧低次谐波含量较多问题,在SHEPWM控制技术的基础上,结合移相调制,对H桥模块的输出电压幅值和输出电压相位进行综合控制,通过3个开关角度的计算即可消除大量低次谐波,输出线电压的最低次谐波为23次,显着提高了波形的质量。根据上述智能算法的求解结果,绘制相应开关角度轨迹曲线,利用Matlab/Simulink软件搭建多电平逆变器仿真平台,对电压波形和频谱进行仿真验证,证明相应控制策略的可行性和算法求解开关角度的正确性。
孙今英[7]2006年在《新型组合式多电平逆变器的设计与研究》文中提出逆变器是将直流电转换成交流电的功率变换装置，而逆变技术就是研究逆变电路的理论和应用方法的一门科学。作为电力电子技术中一个最重要的组成部分，逆变技术在新能源发电、交流电力传动、不间断电源、有源滤波器、电网无功补偿装置等领域均有广泛的应用。传统的逆变器由于输出的PWM脉冲波的电平数很少，因此存在很高的电压变化率和共模电压，对电机绕组绝缘构成了威胁；而且波形谐波含量较大，使得输出滤波器的设计更加复杂。为了解决这些问题，人们发展了多电平逆变器。 所谓多电平逆变器，就是采用多个直流源和电力电子器件经过特定的拓扑变换，控制不同的直流源串联输出，将直流源转换成不同幅值的多电平输出交流源的功率变换装置。这种逆变器在高压大容量电力电子系统发展迅速，并已经得到了大量应用。成为电力电子领域新的研究热点。 论文从拓扑和控制两个方面分别对多电平逆变器进行研究，将“电力电子基本拓扑基本单元”这一概念加以扩展，提出了多电平基本单元的概念，并在此基础上得到了两类新型多电平逆变主电路拓扑。根据这两类拓扑的特点，本文提出了具有针对性的特定谐波消除控制算法，以便对这种新型拓扑进行有效控制。接着完成了其中一种典型拓扑的单相和叁相系统仿真，并进行了硬件系统设计和软件编制。最后给出了这种拓扑的单相硬件实验结果。得出了这类拓扑在适当的控制下能够正常的工作，针对性的SHEPWM算法能够对这类拓扑进行有效控制这一结论。具体内容主要是： 分析了二极管箝位、电容箝位、级联型和层迭式多电平逆变电路的工作原理和优缺点。提出了对称全桥和非对称全桥逆变电路两类新型多电平逆变电路，讨论了采用这两类新型多电平逆变电路构成组合式多相逆变电路的方法，并分析了电路工作原理。与传统拓扑结构比较，新型多电平逆变电路具有简化电路、提高效率的优点。 分析了多电平载波PWM和空间矢量PWM控制技术，着重研究了常规的叁电平SHEPWM控制原理，在此基础上提出了针对非对称全桥拓扑的SHEPWM控制方法。 利用MATLAB对非对称全桥电路中的典型拓扑AFB2-4进行单相和叁相系统的仿真，得到了较好的仿真结果。 设计了AFB2-4逆变器单相系统。硬件部分完成了缓冲电路、驱动电路和主电路的设计；软件部分实现了基于TMS320LF2407A DSP的SHEPWM控制算法。 对系统进行了联合调试，得出了实验结果，验证了电路可行性和控制的有效性。
王勇[8]2017年在《列车牵引传动系统节能技术实现与研究》文中认为本文依托“十二五”国家科技支撑计划重点项目“城市轨道交通列车综合节能关键技术及工程应用示范”,对牵引传动系统的节能措施展开了研究,采用了最大转矩电流比(MTPA)的控制策略和特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)的调制策略,分别对现有地铁牵引逆变器进行了改进,并利用仿真以及实验验证了这两种策略的可行性和有效性。对地铁列车牵引传动中电机矢量控制策略进行了研究,分析了矢量控制理论和坐标变换中的Clarke变换、Park变换,并在此基础上建立了电动机的动态数学模型,车辆模型和转子磁链模型,并在MATLAB仿真环境中对矢量控制系统进行了建模与仿真。对最大转矩电流比(MTPA)的控制策略进行了研究,在保证电机输出转矩不变的前提下提出了改变励磁电流和转矩电流的大小关系,通过这种改变使电机定子电流值达到最小的目的,在矢量控制的基础上给出了MTPA的控制框图,并在MATLAB仿真环境中建立了控制模型,通过仿真验证了理论的正确性,并在实验室搭建了牵引传动平台,通过大量的实验数据验证了理论的正确可行性。对特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)的调制策略进行了理论分析与研究,对谐波造成的转矩脉动、发热和噪声这几项危害进行了阐述,分析比较了地铁十号线列车传统调制模式SPWM和SHEPWM调制模式,给出了改进后的混合模式的调制方式,并给出了调制框图,在矢量控制基础上搭建了仿真模型,通过在MATLAB仿真环境中的对比仿真分析,得出了对特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)在低次谐波消除方面的优势,通过实验进行了验证并给出了调制模式切换的波形图,验证了理论的正确性。这两种策略的改进,实验结果与前文得到的仿真结果理论分析一致,验证了本文提出的控制方法和调制方法的有效性。在地面实验平台的基础上,验证了这两种策略确实增加了牵引传动系统的节能效果,并且给出了具体的节能数据。
管勃[9]2015年在《叁电平背靠背变换器的控制策略研究》文中指出二极管箝位型叁电平背靠背变换器在诸如轧钢、矿井提升、舰船推进、风力发电等中高压大功率领域具有广阔的应用前景和重要的研究价值。本文重点就叁电平背靠背变换器中涉及到的中点电位平衡控制、死区和窄脉冲问题处理、低开关频率的SHEPWM调制以及背靠背系统的协调控制几个方面进行了深入的讨论和研究。针对叁电平变换器固有的中点电位波动问题,在阐明中点电位、平均中点电流和零序电压间关系的基础上,指出可通过调整零序电压来改变平均中点电流最终控制中点电位。以此思路为指导,研究了叁种中点电位平衡控制的方法。搜索寻优法通过遍寻全部可选的零序电压,计算和比较对应平均中点电流和需补偿中点电流的大小,最终确定最优的零序电压注入。最优零序电压注入法得到了平均中点电流和零序电压的直接表达式关系,通过插值的方法计算得到最优的零序电压。两种方法均能有效抑制中点电位的不平衡,但仍然存在低频电压波动。为解决中点电位的低频波动问题,研究了一种双调制波的中点电位平衡控制方法。通过重构调制波,能够直接控制一个开关周期内平均中点电流始终为零,完全消除了中点电位的低频波动,且对调制度和功率因数均不敏感。针对中高压大功率系统中严重的死区和窄脉冲问题,在深入分析叁电平变换器死区效应的基础上,介绍并比较了叁种死区补偿方法,得出了采用d-q坐标系的滤波电流反馈死区控制和基于Y-δ坐标系的零电流箝位矫正的死区补偿方法能够有效抑制零电流箝位问题,效果较好。研究并指出了传统的窄脉冲补偿方法或是存在补偿时导致叁相不平衡,或是会在补偿某一相时在其他相引入新的窄脉冲问题,提出了一种兼顾叁电平中点电位平衡控制的窄脉冲处理方法。直接计算窄脉冲对调制波的限制,在完全避免窄脉冲的同时对中点电位平衡控制的影响也极小。为应对大功率机车牵引传动系统对变换器开关频率的限制,在详细介绍叁电平SHEPWM调制技术基本原理、角度计算、曲线拟合和数字实现的基础上,以叁电平SHEPWM调制为核心,配合叁电平的异步调制和同步调制,提出了一套具有较宽调速范围的低开关频率的混合叁电平PWM调制策略。深入分析了不同调制方式之间平滑切换的必要条件,保证了不同调制间的平滑过渡。叁电平背靠背变流系统整流和逆变侧的协调控制是系统高性能运行的保证。本文从背靠背系统的功率协调控制和中点电位协调控制两个方面进行了深入的研究。针对背靠背系统的功率协调控制,研究了两种前馈控制方法。阐明了叁电平变换器中点电位波动特性,指出在相同调制比下,功率因数越低,中点电位波动幅值越大,在相同的功率因数条件下,调制比越大,中点电位波动幅值越大。最终得到了单个叁电平变换器和背靠背叁电平变换器的中点电位平衡控制的完全控制域。最后提出了一系列中点电位协调控制的方法并进行了性能比较,得出了采用逆变侧主控、网侧整流辅助控制的协调控制方法性能最好。设计并搭建了叁电平背靠背变流系统的仿真和实验平台,通过仿真和实验验证充分说明了本文介绍的各种控制方法的正确性和可行性。
葛菡[10]2007年在《高低频组合式级联逆变器的研制》文中研究说明论文研究了一种新型的高低频组合式级联多电平逆变器，重点分析了低频单元与高频补偿单元的组合方式，并提出了基于神经网络拟合的自适应SHEPWM多电平控制策略。详细分析了高低频组合式级联逆变器的工作原理，低频单元采用组合方波方法输出系统的有功功率，高频单元进行高频补偿，以获得高质量的输出波形。在次基础上进行了仿真研究，验证了理论的正确性。为进一步提高系统输出电压波形质量，低频单元引入了多电平SHEPWM控制方法，以九块波、五电平控制方式为基础，进行了系统设计，仿真结果显示高频单元较好的补偿了低频单元，输出波形质量较高。采用神经网络对多电平SHEPWM开关角进行了拟合，解决了多电平SHEPWM方法求解大量非线性方程组的缺点，节省了系统大量资源。根据上述分析研究，研制了一台两单元级联高低频组合式逆变器的原理样机，并基于DSP2812编写了控制算法程序。实验结果与仿真结果一致，该逆变器具有较好的带载性能、较好的输出波形质量以及较低的输出谐波。
参考文献：
[1]. 多电平逆变器SHEPWM若干问题研究[D]. 蔡鸿. 华东交通大学. 2015
[2]. SHEPWM控制技术研究及其应用设计[D]. 丁小松. 西北工业大学. 2002
[3]. 叁电平NPC变流器SHE-PWM控制技术研究[D]. 宋克俭. 冶金自动化研究设计院. 2016
[4]. 多电平逆变器SHEPWM控制策略及功率均衡控制方法的研究[D]. 肖云煌. 华东交通大学. 2017
[5]. 基于改进粒子群算法的逆变器谐波优化的研究[D]. 张建光. 昆明理工大学. 2016
[6]. 基于智能算法的多电平逆变器特定谐波消除控制技术研究[D]. 黄凯峰. 华东交通大学. 2016
[7]. 新型组合式多电平逆变器的设计与研究[D]. 孙今英. 上海海事大学. 2006
[8]. 列车牵引传动系统节能技术实现与研究[D]. 王勇. 北京交通大学. 2017
[9]. 叁电平背靠背变换器的控制策略研究[D]. 管勃. 北京交通大学. 2015
[10]. 高低频组合式级联逆变器的研制[D]. 葛菡. 南京理工大学. 2007
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