第三章级联多电平变频调制算法研究

Project No. 3Report for High Power ConversionSystemsProject Title: Cascade multi-level converter and its controlmethodStudent Name:Email Address: @Phone No.Date: 2012.6.15Signature:级联型多电平变换器构成及控制方法初探浙江大学电气工程学院【摘要】本文介绍了级联型多电平变换器的一般构成方法，并对构成原则进行了初步的讨论并提出了新型级联型拓扑结构。

本文又对级联型多电平的控制策略进行了初探。

最后，本文提出一种改进型级联多电平变换器，并对其进行了简要分析。

【关键字】级联多电平控制方法Cascade multi-level converter and its control method( , College of Electrical Engineering , Zhejiang University)Abstract: This article describes the general composition of the cascade multi-level converter, and constitutes the principle of a preliminary discussion. It also proposes a new cascade topology and cascaded multi-level control strategy . Finally, this paper presents an improved cascaded multilevel converter and makes a brief analysis.Key words: cascade, control strategy, multi-level1.多电平变换器多电平变换器技术是一种通过改进变换器自身拓扑结构来实现高压大功率输出的新型变换器，它无需升降压变压器和均压电路。

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。

级联型多电平逆变器SVPWM控制研究霍海龙;韩如成;苑伟华【摘要】Based on the topology structure of H-bridge cascaded multi-level inverter,the decomposition of primary structure indicated that the essence of output voltage of inverter is the difference value between the output voltage of two-level inverter group formed by left bridge arms of all H-bridge and right bridge arms of all H-bridge. A suitable modulation of phase-shifted space vector pulse width modulation( SVPWM)was introduced for H-bridge cascaded multi-level inverter by combining phased-shifted principle and space vector pulse width modulation( SVM ). The output characteristics of line voltage and phase voltage were analyzed by using frequency domain transform of Doub-le Fourier transform method. A simulation model was built on Matlab/Simulink platform according to phase shift SVPWM method,the simulation results verified the correctness of the method,and the impact on output levels ofSVPWM ,amplitude of fundamental and total harmonic of voltage was analyzed when phase-shifting modulation ratio M changed.%由H桥级联型逆变器主电路结构，分析出了逆变器电压输出实质可看作其各H桥单元左、右桥臂矢量形成的三相两电平逆变器组输出电压之差。

级联型多电平变换器pwm控制方法的仿真研究
本文主要研究了级联型多电平变换器PWM控制方法的仿真研究。

级联型多电平变换器是一种可以实现高组态级数、高输出电压、低THD谐波含量、高效率的电力电子变换器。

本文建立了级联型多电平变换器的MATLAB仿真模型，并分析了其原理和工作特性。

同时，利用PWM技术对其进行控制，并经过仿真和实验验证其控制效果和实际应用性。

级联型多电平变换器由多个单元连接而成，输出电压为单元电压的叠加和，可以实现高输出电压和低谐波含量。

本文以三电平变换器为例，建立MATLAB仿真模型，并进行仿真分析。

在开关状态同步的情况下，通过载波控制法控制输出电压的大小和形状，其中包括PWM调制、选择正弦波载波和调节PWM周期等方法来实现车间协调控制。

实现三电平级联变换器输出与交流电源接口的目标也就在于选择合适的PWM控制技术，使电压呈现本质正弦波，同时增加调制指数限制，控制输出THD谐波含量。

仿真结果表明，采用PWM控制方法，可以实现级联型多电平变换器的输出电压和电流的稳定控制，在实际应用中有很高的应用价值。

同时，本文还进行了实验验证，通过实验数据进一步证明了仿真结果的正确性。

《单周期控制级联型多电平变流器研究》篇一一、引言随着电力电子技术的快速发展，电力系统的电压等级和功率等级不断提高，对电力变换装置的可靠性和效率要求也越来越高。

级联型多电平变流器（Cascade Multi-Level Converter，CMLC）因其出色的电压等级扩展能力和均衡功率传输，逐渐成为了电力系统中的关键部件。

其中，单周期控制级联型多电平变流器，由于控制方法简洁，动态响应快，得到了广泛的应用。

本文旨在研究单周期控制级联型多电平变流器的原理、性能及其应用。

二、单周期控制级联型多电平变流器原理单周期控制级联型多电平变流器（One-Cycle Control Cascade Multi-Level Converter，OCC-CMLC）由多个单相全桥变流器级联而成，每个全桥变流器采用单周期控制策略。

该策略的原理是通过高速的PWM（脉冲宽度调制）技术，将每个全桥变流器的输出电压进行叠加，以实现多电平输出。

在OCC-CMLC中，通过单周期控制策略实现对各个全桥变流器的独立控制，从而实现精确的电压和电流控制。

此外，由于采用了级联结构，OCC-CMLC具有很好的模块化特性，便于维护和升级。

三、OCC-CMLC性能分析OCC-CMLC具有以下优点：1. 电压等级扩展能力强：通过级联多个全桥变流器，可以实现较高的电压等级扩展。

2. 均衡功率传输：通过独立控制每个全桥变流器，可以实现均衡的功率传输。

3. 高的输出电能质量：采用PWM技术实现精确的电压和电流控制，具有高的输出电能质量。

4. 模块化设计：OCC-CMLC的模块化设计使得其便于维护和升级。

然而，OCC-CMLC也存在一些挑战和问题，如如何优化控制策略以提高系统的动态响应速度和稳定性等。

四、应用领域及案例分析OCC-CMLC在电力系统中的应用广泛，如新能源并网、电机驱动、电力系统稳定等。

以下以新能源并网为例进行说明：在新能源并网中，OCC-CMLC可以将光伏、风电等新能源的直流电能转换为交流电能，并实现与电网的并网。

《单周期控制级联型多电平变流器研究》篇一一、引言随着电力电子技术的发展，变流器作为电力系统中的重要组成部分，其性能的优劣直接影响到电力系统的稳定性和效率。

级联型多电平变流器（Cascaded Multi-Level Converter，CMLC）作为一种具有高电压、低谐波、高效率等优点的变流器结构，在高压大功率场合得到了广泛的应用。

而单周期控制技术作为一种新型的控制策略，在提高变流器的性能方面具有显著的优势。

因此，对单周期控制级联型多电平变流器的研究具有重要的理论意义和实际应用价值。

二、单周期控制级联型多电平变流器的基本原理单周期控制级联型多电平变流器由多个单相全桥电路级联而成，通过控制每个全桥电路的开关状态，实现多电平输出。

单周期控制技术则是一种新型的控制策略，其基本思想是在一个周期内完成对输入信号的采样、比较和输出，从而实现快速、准确的控制。

在级联型多电平变流器中，单周期控制技术能够有效地提高系统的动态响应速度和稳定性，降低谐波失真。

三、单周期控制技术在级联型多电平变流器中的应用在级联型多电平变关器的实际应用中，单周期控制技术主要通过以下两个方面发挥作用：1. 调制策略：通过改进传统的调制策略，使单周期控制技术更好地适应级联型多电平变流器的特点。

例如，采用最近电平调制策略（NLM），根据输出电压的参考值和当前时刻的电平值，计算出下一个时刻的开关状态，从而实现多电平输出。

2. 控制器设计：针对级联型多电平变流器的特点，设计合适的控制器。

控制器采用单周期控制策略，通过采样、比较和输出等步骤，实现对输入信号的快速、准确控制。

同时，通过优化控制器的参数，提高系统的动态响应速度和稳定性。

四、单周期控制级联型多电平变流器的性能分析相比传统的变流器结构，单周期控制级联型多电平变流器具有以下优点：1. 高电压：通过级联多个全桥电路，实现高电压输出，满足高压大功率场合的需求。

2. 低谐波：采用多电平输出和优化调制策略，降低谐波失真，提高电能质量。

《单周期控制级联型多电平变流器研究》篇一一、引言随着电力电子技术的发展，变流器在电力系统中发挥着越来越重要的作用。

多电平变流器以其输出电压质量高、谐波失真度低等优点，广泛应用于电力系统。

而级联型多电平变流器，更是因其模块化设计、灵活性高等特点备受关注。

单周期控制技术作为一种新型的调制方法，能有效控制级联型多电平变流器的运行。

本文将就单周期控制级联型多电平变流器进行深入的研究与探讨。

二、级联型多电平变流器概述级联型多电平变流器是一种由多个单相全桥电路级联而成的变流器。

其基本原理是通过多个电平的输出，使得输出电压更接近正弦波，从而达到减小谐波、提高电能质量的目的。

同时，由于其模块化设计，使得变流器的维护与扩展变得更为便捷。

三、单周期控制技术单周期控制技术是一种新型的调制方法，其基本思想是在一个周期内对变流器进行控制，使得输出电压在一个周期内达到预期值。

这种控制方法具有响应速度快、控制精度高等优点，能有效提高变流器的运行效率。

四、单周期控制在级联型多电平变流器中的应用在级联型多电平变流器中应用单周期控制技术，可以有效提高变流器的运行性能。

首先，单周期控制技术能实现对多个电平的精确控制，使得输出电压更接近正弦波，从而减小谐波失真度。

其次，单周期控制技术能快速响应负载变化，保证系统的稳定性。

此外，单周期控制技术还能有效降低系统的损耗，提高系统的效率。

五、单周期控制级联型多电平变流器的设计与实现单周期控制级联型多电平变流器的设计主要包括硬件设计和软件设计两部分。

硬件设计主要包括选择合适的功率器件、滤波器等；软件设计则包括单周期控制算法的实现、保护策略的制定等。

在实现过程中，需要考虑到系统的稳定性、可靠性以及成本等因素。

六、实验与仿真分析通过搭建实验平台和仿真模型，对单周期控制级联型多电平变流器进行实验与仿真分析。

实验结果表明，单周期控制技术能有效提高级联型多电平变流器的运行性能，使得输出电压更接近正弦波，谐波失真度降低，系统稳定性提高。

级联H桥多电平逆变器的混合载波PWM控制方法研究级联H桥多电平逆变器的混合载波PWM控制方法研究一、引言随着电力电子技术的快速发展，逆变器作为一种重要的电力转换器件，广泛应用于各个领域，如风力发电系统、太阳能发电系统、电动汽车等。

而级联H桥多电平逆变器作为一种高效的逆变器结构，在能量转换方面具有优异的性能，被广泛关注。

混合载波PWM控制作为一种有效的控制方法，可以提高逆变器的输出质量，减小谐波失真。

二、级联H桥多电平逆变器的结构级联H桥多电平逆变器由多个H桥逆变器级联而成，每个H桥逆变器的输出电压可以分为正负级数，从而形成多电平输出波形。

这种结构的逆变器具有较高的电压稳定性和电流承载能力，可以实现高效的能量转换。

三、混合载波PWM控制原理混合载波PWM控制方法将传统的基波载波PWM技术与多次谐波载波PWM技术相结合，以降低逆变器输出电压的总谐波失真，改善输出电压波形质量。

基波载波PWM技术通过改变载波信号的占空比来控制逆变器开关管的导通时间，从而控制逆变器输出电压的大小。

多次谐波载波PWM技术通过引入更高次数的载波信号，可以进一步减小谐波失真。

四、混合载波PWM控制方法的设计过程1. 确定基波频率：根据逆变器输出电压的频率要求，选择合适的基波频率。

2. 设计基波载波信号：根据基波频率和逆变器开关管的导通时间，生成基波载波信号。

3. 设计多次谐波载波信号：选择合适的谐波频率和各个谐波的幅值，生成多次谐波载波信号。

4. 生成混合载波信号：将基波载波信号与多次谐波载波信号相加。

5. 控制逆变器输出电压：通过改变载波信号的占空比，控制逆变器开关管的导通时间，从而控制输出电压的大小。

五、混合载波PWM控制方法的特点及优势混合载波PWM控制方法具有以下特点和优势：1. 该控制方法可以有效降低逆变器输出电压的谐波失真，改善输出电压波形质量。

2. 通过合理设计载波信号的频率和幅值，可以在保证逆变器输出功率的同时减小开关损耗。

《单周期控制级联型多电平变流器研究》篇一一、引言随着电力电子技术的发展，变流器在电力系统中扮演着越来越重要的角色。

级联型多电平变流器（Cascade Multi-Level Converter, CMLC）以其优越的电能质量、低谐波失真和较低的开关频率等优点，在高压大功率应用场合中得到了广泛的应用。

然而，传统的级联型多电平变流器控制策略存在响应速度慢、动态性能差等问题。

因此，本文针对单周期控制级联型多电平变流器进行研究，以提高其控制性能和运行效率。

二、单周期控制级联型多电平变流器概述单周期控制级联型多电平变流器是一种新型的变流器结构，它通过多个单相全桥变流器级联的方式，实现多电平输出。

其具有较高的电能质量和较低的谐波失真，能够满足电力系统对高质量电能的需求。

然而，传统的控制策略存在一定的问题，如响应速度慢、动态性能差等。

为了解决这些问题，本文采用单周期控制策略对级联型多电平变流器进行控制。

三、单周期控制策略研究单周期控制策略是一种基于快速傅里叶变换（FFT）和实时控制算法的控制策略。

它通过实时检测电网电压和电流的波形，对变流器的输出进行快速调整，以实现精确的电能输出。

在单周期控制级联型多电平变流器中，单周期控制策略可以有效地提高变流器的响应速度和动态性能。

首先，通过对电网电压和电流的实时检测，获取其波形信息。

然后，利用FFT算法对波形进行频谱分析，得到各次谐波的幅值和相位信息。

接着，根据实时控制算法，计算得到各相变流器的控制信号。

最后，通过控制信号对变流器的输出进行快速调整，实现精确的电能输出。

四、仿真与实验分析为了验证单周期控制级联型多电平变流器的可行性和优越性，本文进行了仿真和实验分析。

仿真结果表明，采用单周期控制策略的级联型多电平变流器具有较高的电能质量和较低的谐波失真。

同时，其响应速度和动态性能也得到了显著提高。

实验结果与仿真结果基本一致，进一步证明了单周期控制级联型多电平变流器的优越性。

《单周期控制级联型多电平变流器研究》篇一一、引言随着电力电子技术的不断发展，变流器作为电力系统中重要的能量转换设备，其性能的优劣直接影响到电力系统的稳定性和效率。

单周期控制级联型多电平变流器（One-Cycle Control Cascaded Multi-Level Converter，OCC-CMLC）作为一种新型的变流器结构，具有输出电压质量高、谐波含量低、功率密度大等优点，得到了广泛的应用和研究。

本文将重点研究单周期控制级联型多电平变流器的原理、设计及控制策略。

二、单周期控制级联型多电平变流器原理单周期控制级联型多电平变流器主要由多个单相全桥变流器级联而成，通过控制各个全桥变流器的开关状态，实现多电平输出。

其工作原理是基于单周期控制理论，通过控制开关的开通与关断，使得输入电流在一个周期内完成一次完整的充放电过程，从而实现能量的高效转换。

三、单周期控制级联型多电平变流器设计单周期控制级联型多电平变流器的设计主要包括电路拓扑设计、参数设计及控制策略设计。

1. 电路拓扑设计：根据系统需求和实际条件，选择合适的级联数目和单相全桥变流器的类型。

同时，还需考虑滤波器的设计，以减小输出电压的谐波含量。

2. 参数设计：包括直流侧电容的选择、滤波器的参数设计等。

直流侧电容的选择需考虑其容量和耐压等级，以保证系统的稳定运行。

滤波器的参数设计需根据系统要求和谐波标准进行计算。

3. 控制策略设计：控制策略是单周期控制级联型多电平变流器的核心部分。

常用的控制策略包括瞬时值反馈控制、预测控制等。

瞬时值反馈控制具有响应速度快、精度高等优点，而预测控制则具有较好的鲁棒性。

四、单周期控制级联型多电平变流器的控制策略针对单周期控制级联型多电平变流器的控制策略，本文提出了一种基于瞬时值反馈控制的改进策略。

该策略通过引入前馈补偿和比例积分控制器，提高了系统的动态响应速度和稳态精度。

同时，为适应不同的系统需求，本文还研究了预测控制在单周期控制级联型多电平变流器中的应用。