级联H桥逆变器控制

什么是载波移相

载波移相是一种针对级联多电平逆变器的特殊SPWM方法。这种方法特别适合用于由n个H桥单元组成的单相级联多电平逆变器。在载波移相技术中，每个H桥单元都采用了低开关频率的SPWM调制方法，并且所有单元的正弦调制波保持一致。为了增加等效开关频率并减少输出电压的谐波含量，n组三角载波被用来进行调制。这些三角载波拥有相同的频率和幅值，但相位依次相差固定的角度。

由于三角载波的相位差异，每个H桥单元输出的SPWM脉冲也相应地错开了一定的角度。这种设计使得逆变器最终输出的波形成为一个多电平的阶梯波。通过精心选择移相角度，可以显著减少输出电压的谐波含量，从而提高系统的效率和性能。

载波移相技术的优势在于其能够利用低开关频率的SPWM方法，减少开关损耗和噪音，同时提高逆变器的输出电压质量。此外，通过调整移相角度，可以灵活地控制输出电压的谐波含量，以满足不同应用的需求。这种技术特别适用于需要高电压输出和精确控制的场合，如电力电子设备、电动汽车驱动系统等。

总之，载波移相是一种高效且灵活的SPWM方法，适用于级联多电平逆变器。它通过调整三角载波的相位差异，实现了低开关频率下的高电压输出和优化的谐波性能。这种技术为电力电子设备的性能提升和成本降低提供了有力支持。

实时仿真丨链式SVG系统的实时仿真应用

电力系统中，无功补偿装置经历了从早期的电容器和同步调相机，到静止无功补偿装置SVC，再到现在的静止无功发生器SVG的发展。SVG，也称为STATCOM，是一种基于大功率逆变器的动态补偿装置。它以大功率三相电压型逆变器为核心，通过连接电抗器接入系统，与系统侧电压保持同频、同相。通过调节输出电压与系统电压的关系来确定输出功率的性质，当幅值小于系统侧电压幅值时输出容性无功，大于时输出感性无功。

多电平技术在高压大功率应用中成为代表性解决方案，受到越来越多的关注。多电平技术具有功率容量大、开关频率低、谐波少、响应快等优点。其中，链式H桥结构在SVG设备中得到广泛应用。

高压链式SVG通过电抗器直接并联在电网上，通过调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值控制交流侧电流，实现动态无功补偿、谐波消除以及稳定交流母线电压的目的。链式SVG能够省去笨重的变压器，大大减少成本，并缩小装置的体积。模块化设计也容易实现冗余运行，可以极大地提高装置运行的安全性和减少维修难度。

链式SVG的H桥级联逆变的调试策略的好坏，直接决定了输出电压电流中谐波含量的多少。直流侧电容电压的平衡控制也是确保SVG安全有效运行的关键。因此，建立有效的链式SVG仿真验证平台是进行控制特性研究的有效手段。

链式SVG由基本功率单元直接串联叠加而成，每个单元模块均为H桥型单相逆变器。其优点是直流侧相互独立，不存在电容上的均压问题，不需要钳位二极管或钳位电容，容易实现模块化，因此维护很方便。同时，链式H桥结构控制方法简单，每个功率单元可以独立进行控制。要想获得更多的电平，只需增多H桥的串联个数即可，可以方便地提高输出电压等级和减少谐波含量。

EasyGo技术路线主要基于FPGA进行开关精确建模的方式，在保证1us小步长仿真精度的前提下，尽量做到更多链式SVG单元模块的串联。例如，一个容量为12MVA、10KV的链式SVG系统，交流电网侧为10KV母线，SVG每相由8个H桥模块级联而成，每个H桥承压1300V。主电路拓扑如下所示：

控制上，外环控制电容电压（Id_ref）以及无功功率(Iq_ref)，内环采用电流控制实现电容均压以及相间平衡。计算出调制波设定值后，采用载波移相来生成多路脉冲。（本文主要介绍链式SVG的主电路仿真，控制系统只采用通用简单的控制策略，不作过多研究）。

为了考虑模型实时仿真的可行性，整个系统采用多个步长设置。整个电力电子电路系统的仿真步长为1e-6；而控制系统的控制周期设定为1e-4，也就是10KHz，载波频率设置在2000Hz。可以看到离线仿真结果能较好地跟随电压设定值以及无功设定值。

我们将利用PXIBox来进行整个链式SVG的实时仿真。首先，将模型载入到DeskSim中进行快速分析模型信息（DeskSim自带模型分析功能）。整个系统有135个关键元件，其中共有96个开关器件，需要接收96路脉冲控制指令。

整个系统的主电路部分通过模型的部署，我们将主电路部分放置在其中一块FPGA上进行1.5us的实时仿真，CPU用来做控制算法运行，实时步长1e-4，另外一块FPGA用来做脉冲发生，这样，我们利用PXIBox的多FPGA并行的独特优势，一台PXIBox即可完成HIL+RCP的半实物放着验证，控制系统和电路仿真系统通过物理IO对接起来。架构如下所示。

由于本demo系统中只使用了一块FPGA HIL模块，数字输入通道的数量有限（可以通过扩展多块HIL板卡来完成IO的扩展），而本算法中单个H桥的上下管直接采取的是取反操作。因此，我们可以利用EasyGo FPGAcoder模块，对单个DI进行取反操作，这样，我们只需要使用48路DI即可完成控制指令的接收，在有限的硬件资源下完成超出硬件资源的系统仿真应用。具体模型搭建如下所示：

利用PXIBox，我们完成了以上链式SVG的demo实时运行。具体验证结果如下：

这样，我们将控制系统和电路仿真系统通过物理IO对接起来，利用PXIBox的多FPGA并行的独特优势，使用一台PXIBox就完成了HIL+RCP的半实物放着验证，欢迎感兴趣的工程师们一起沟通交流。

igbt组成的h桥功率单元和级联拓扑结构有什么不同？

IGBT组成的H桥功率单元和级联拓扑结构是两种不同的电路配置，它们在应用和性能上有一些区别。

1. H桥功率单元：

H桥功率单元是一种常见的功率电子器件配置，由四个IGBT组成的桥式电路构成。它通常用于电机驱动、逆变器和直流-交流转换等应用。H桥结构允许电流在不同方向上流动，通过控制不同IGBT的开关状态，可以实现正向和反向电流的控制，从而控制负载的电压和功率输出。

2. 级联拓扑结构：

级联拓扑结构是一种多级串联连接的电路配置，通常由多个单个H桥电路组成，并且这些H桥电路的输出通过串联连接。每个H桥电路都可以独立地控制输出电压和功率，通过级联连接，可以实现更高的电压或功率输出。级联拓扑结构常用于高功率应用，如电网逆变器和电力传输。

主要区别在于：

- H桥功率单元是由单个H桥电路组成，适用于单个电源和较低功率的应用。

- 级联拓扑结构由多个H桥电路串联连接，适用于较高功率和高电压的应用，可以实现更大的电压和功率输出。

高频捣器功率8.7和15有什么区别？

一 高频变频振动器优势：

由于振动器效率极高，振动比一般振动器的3-4倍以上，振实后的构件外表光滑，气泡、缩空，适应于桥梁一次成型大型构件施工，是目前较新型振动器。高频振动器是安装在钢模板上，振动效率高。由于振动高，激振力强，振幅小，对钢模板形变，对钢模板起到了使用寿命。每次振动时间只需15-60秒即可

二 高频变频振动器技术参数：

额定功率：1.5KW

额定电流：3.94A

额定电压：380V

电源：50HZ

空载振幅：0.38mm

振动：157HZ

激振力:8.7KN

三 用途：

主要是用于混凝土压实，箱梁、T梁振动排气泡。变频电源机组配套使用，主要应用于大型混凝土构件的预制，如：公路、铁路、桥用大梁、涵洞混凝土构件，特别是T型简支梁和工字梁等

产品设计考虑问题

1)散热问题：高频控制柜的发热是由内部的损耗产生的。必须对变频器进行散热我们通常采用风扇散热

2)电磁干扰问题：当系统中有高频冲击负载如高频振动器、高频电机时，高频控制柜本身会因为干扰而出现保护

3）高频控制柜的使用环境：防水防结露，防尘，防腐蚀性气体。

四 使用及其注意事项:

附着式振动器是利用激振装置产生振动，并将振动通过预制模板传给混凝土使其密实的设备。混凝土振动器工作时，使混凝土内部颗粒之间的内摩擦力和黏着力急剧减小，混凝土呈重质液体状态，骨料相互滑动并重新排列，骨料之间的空隙被砂浆填充，气泡被挤出，从而达到密实的效果。用途：为解决桥梁板汽泡排不尽，及使用不方便，研发了高频附着式振动器。我公司高频振动器，不但解决了能快速排出汽泡，还采用了快装快卸的安装方式，能够在40秒左右拆卸一次，大大提高了工作效率。并且振动器高频率，低振幅，这样高频振动器的激振力很大，但是振幅很小，能够很大程度上延长模板的使用寿命。

并通过滚道将振动传给端盖乃至机壳。该振动器使用寿命长，效率高，振幅大，激振力强，无失振现象，结构紧凑，使用方便。高频振动电机易损件少，便于。从而产生振动依靠调频电源将电机调制成高速并带动偏心轮做圆周运动可广泛用于混凝土的捣实施工和其它需要振源的。工程建筑混凝土预制构件，其振动的频率比一般振动机的频率提高三倍以上，而且振实后的构件外表光滑，气泡，缩空明显减少。

三次谐波注入方法研究

在大功率变流器设计中，为了实现高电压输出和低耐压工作，级联H桥多电平变流器技术常被采用。它凭借其优点如高开关频率、大功率容量和快速响应，以及通过PWM调控优化性能。传统的载波移相SPWM技术通过叠加多载波与正弦波，生成控制脉冲驱动变流器，但三次谐波注入技术的引入进一步提升了系统性能。研究表明，采用三次谐波注入后，输出电压有效值增加，谐波含量减小，显著改善了系统效率。

对于三相逆变器，最大调制度M的通常理解为1，但在理解三次谐波注入后，这个值可以提高到1.15。简单来说，三次谐波注入是在标准正弦波基础上添加共模电压，确保波形幅度不超过1，以避免过调制。在调制过程中，关键在于找到合适共模电压，确保不超出电压范围，如在三相调制波的0-60°区间，通过调整共模电压值来满足这个条件。

常用三次谐波注入方法有多种，如通过分析30度点导数确定共模电压值，或者在SVPWM中考虑0电压矢量分配。60度断续调制也是一种三倍率谐波注入。通过这些方法，共模注入可以提升电压利用率，例如，三次正弦波谐波注入适用于已知趋势的场合，而SVPWM适用于瞬时值控制，如电机矢量控制。

仿真结果显示，合成波形如UaSinwt+(1/6) Sin3wt，通过三次正弦谐波注入，调制系数M为0.866。通过引入三次谐波，电压输出可提升15%，达到1.15倍的原有输出。每一点进步都经过精心设计，希望这些信息对你有所帮助。

光伏电站运行时SVG未投入运行考核多少？

当前，光伏发电正迅猛发展，带来了更加多元化和清洁化的电力来源，但是同时也给电力系统带来了无功潮流、电压波动等许多新问题。光照强度、温度变化等通过影响电池板发电量而引起电网电压波动，光伏电站的容量逐渐增大，会影响到电网运行的稳定性，大型光伏电站必须具备一定的低电压穿越能力。

SVG是一种静止型动态无功补偿装置。通过调节电压的幅值和相位，或者控制交流侧电流，迅速吸收或者发出所需的无功功率，实现快速动态调节无功的目的，保障电力系统稳定、高效、优质地运行，而且可以进行跟踪补偿。

一：FGSVG如何构成的?

新风光高压动态无功补偿装置，简称FGSVG。

光伏行业为什么需要SVG?电站利用SVG可以实现快速响应等多种功能。恒电压控制功能，可以把电压控制在范围之内;恒功率因数控制功能，能实现恒无功功率控制;AVC控制，具有与后台通讯的功能。

光伏电站需要多大的SVG?在国标中有具体要求，一般光伏电站配置的无功容量为电站容量的25%，再加上5%的浮动，就是20%-30%。

FGSVG整机电路拓扑结构为级联H桥结构，不同电压等级和主电路拓扑级联不同的单元个数。

目前产品示意图

o功率单元的组成

功率单元是SVG当中最重要的一个部件，一般分四部分。

1.FGSVG的核心是基于IGBT的链式逆变器，每相由多个功率单元串联组成;

2.单元控制采用多电平空间矢量PWM技术，抗干扰能力强，可靠性高;

3.每个功率单元的结构、电气性能一致，可以互换 ;

4.单元故障时，可以将故障单元旁路，保证装置连续运行;

oSVG结构组成

SVG产品结构组成一般是三部分：控制柜，功率柜，电抗柜。

整体三部分

控制柜

控制柜内部上部分示意图

上边是控制箱，控制箱主要采用的挡板设计，主控制板和分相控制板，相互配合控制SVG承启的性能，响应时间达到五毫秒之内。

控制柜内部下部分示意图

控制柜下部主要有西门子PLC，高精度传感器采集现场模拟量，优质开关电源等。

功率柜

功率柜，主要是功率单元，里面是IGBT，采用的是国际知名品牌，使用寿命比以前延长了五倍以上。优质电容通过了TUV认证。

电抗柜

电抗柜在SVG当中，一个是滤波的控制，一个是通过控制两端的电压实现SVG的控制。

o系列产品规格型号

有三个产品，可以选择功率、电压等级以及SVG容量。有6千伏，10千伏，35千伏的产品。且35千伏的产品进入了国家火炬计划。380V、6kV、 10kV、35kV户内以及户外全系列安全可靠的外壳可接地设计， 可以保障现场操作人员的人身安全。

二、FGSVG的特性及技术优势如何?

1、响应快。第三方评估报告是3.5毫秒左右的响应时间。

2、可并机扩展容量。采用高速石英光线，可实现多台整机并联主从运行。公司内部测试，并联五台以内没有问题。

3、外形小，结构紧凑。所有功率单元的电气、结构、软件完全相同，安装与维护简单，工作量小。高强度、高性能绝缘模具件一次成型，在满足爬电距离与电气间隙的基础上，尽量压缩体积，为客户节省大量空间。采用双链接级联共单元结构，大幅度降低功率单元总体体积。采用背挂电容方式，提高单元安装灵活度。

4、低载波设计，运行效率高。载波频率降至500Hz，在保证电流质量的基础上，大幅度降低损耗。测量装置最大损耗不超过0.8%，经过第三方认证。可滤波，可平衡补偿。有母线电压，系统电流，负荷电流，SVG的补偿电流，丰富通信接口，RS485、CAN、以太网、GPRS。支持电力系统常用通信协议，Modbus-RTU、Profibus、CDT91、IEC104等，可实现上级AVC控制。

5、互联网+技术。通过这个接口可以和互联网连在一起。高速光纤通信连接(AVAGO光纤座+高速石英光纤)。可实现多台整机并联主从运行，便于达到应用业主无功补偿扩容的需求，真正解决客户的后顾之忧。

6、彩色屏中英文人机交互界面。有中英文两种语言显示，采用台湾知名品牌威纶通人机界面，采用先进的人机交互技巧，实现设备启停等操作的自由控制。

7、级联载波移相技术，提高输送波形质量。随着级联单元数增多，电压台阶数回增大，波形与正弦波的拟合度越高，波形质量会越好。

8、扩快化设计，可实现单元通用。所有的功率单元的电器，结构，软件完全相同，安装与维护简单，工作量小。产品种类达到180多种，即用四种单元可组合出180多种产品。

9、开机自检功能，提高电站一次并网率。光伏电站并网一般需要业主在电力公司的监督下进行，并网调试过程越短越能够体现出产品的稳定性和对现场的适应性，FGSVG特有的开机自检功能大幅度降低了调试难度，提高了整机调试进度。

10、SVG的工作模式有绿色光伏电站模式、恒考核点功率因数模式等。

光伏行业全媒体平台

为您提供专业的营销服务

平面媒体光能杂志-12000册/月

网络媒体索比光伏网,日均浏览量10万

线下会议每年举办六场超200人区域性峰会

媒体公关软文撰写推广,媒体关系维护

研旭电力电子功率硬件 多电平MMC变流控制系统YXPHM-MMC500

南京研旭公司最新研发的YXPHM系列工业级电力电子功率模块，为高校实验室、科研院所以及成品电力电子制造厂商提供了系列功率拓扑模块。模块外壳采用透明亚克力板材，美观实用，方便用户观察内部结构，简洁的输入输出设计，减少了用户对模块中间环节的困扰。YXPHM系列基于模型设计理念，集成在光伏并网逆变器与风机变流器等成熟产品中，结合模块化组件与开放式平台研发经验，进一步集成控制电路、传感器电路与信号处理电路。提供实际控制器接口、快速原型控制器结构与实际控制器模块，为用户提供了性价比更高的模块化产品。

模块化多电平变换器（MMC）是级联型多电平换流器的新型结构，在中高压应用领域具有显著优势。相比于二极管钳位型等多电平拓扑，MMC在电平数高、损耗小、输出谐波小与冗余性上表现出色。与级联H桥结构相比，MMC避免了电容分散导致的中频变压器数量问题。每个MMC子模块结构简单，控制相对容易，可无限拓展。在高电压、大电流应用领域，MMC已有直流输电工程实例。与传统两电平、三电平变换器相比，MMC采用子模块级联方式，避免了IGBT动态均压问题，易于维护和容量扩大，而与CHB相比，MMC省去了移相变压器，子模块数目与承载功率不受限制，通过增加子模块数目灵活扩展电压与功率等级。

多电平MMC变流控制系统设计了最大功率15kW、最大电流25A，交流电压380V、直流电压200V-800V等参数。系统每个桥臂含子模块个数为N=4，每相共2N个子模块，单相共计4N个模块，三相共计6N个模块。单个模块最高耐压650VDC、最大电流25A。模块支持半桥/全桥拓扑，内部集成了驱动及采样电路，具有过压、过流保护功能。子模块采用插拔式设计，配套3U机箱，美观大方，电容与桥臂电感的取值灵活调整。模块能输出母线电压值、交流侧电流值与FB故障信号，LED灯指示电源、运行与故障状态。硬件原理图与编程接口开放。

研旭SP6000快速原型控制器将用户设计的高级语言控制算法（Simulink）转换为DIDO、AIAO量，完成实际硬件控制。通过YX-VIEW6000监控组态软件，用户可以实时监控控制器，完成模型调试与验证。控制算法模型在Matlab中的Simulink工具搭建，通过研旭提供的simulink驱动库，将模型接口与硬件驱动接口绑定，编译成可执行文件，下载至SP6000仿真机运行，实现对被控对象的实际控制。YXSPACE-VIEW6000（VIEW6000）用于配置仿真机外设工作模式，实时监测运行量，包括采集量、中间控制变量等。用户借助6类控件，便捷了解仿真机控制过程。研旭SP6000仿真机采用插卡式结构，包含CPU板卡、模拟采集ADC板卡、模拟输出DAC板卡、数字输出DO板卡、数组输入DI板卡、PWM板卡、QEP/CAP板卡。其板卡配置安装图提供了详细布局。上位机监控软件VIEW6000采用组态式交互界面，方便查看仿真机工作信息。

湖北仙童科技有限公司 高端电力电源全面方案供应商 江生 13997866467