新型Z源T型五电平逆变器及其调制策略EI北大核心CSCD

针对传统二极管中点钳位三电平与五电平逆变器需要大量钳位二极管、结构复杂、可靠性差、二极管开关损耗较大,以及传统Z源两电平逆变器电容电压应力较高、升压能力不足、功率较低等问题。首先,提出了一种T型五电平逆变器拓扑,该拓扑省去了大量钳位二极管,结构简单,开关损耗小,功率等级高;其次,结合Z源网络与该T型五电平拓扑,得到一种新型Z源T型五电平逆变器拓扑,与传统Z源逆变器相比,在相同的电压增益下,该新型逆变器有效降低了开关器件电压与电容电压;再次,将Z源网络中的电感用升压单元代替,进一步增强了其升压能力;最后,设计了该新型逆变器的同向载波调制策略。仿真实验证明了所提拓扑的正确性与调制策略的有效性。     

新型Z源T型五电平逆变器及其调制策略

针对传统二极管中点钳位三电平与五电平逆变器需要大量钳位二极管、结构复杂、可靠性差、二极管开关损耗较大,以及传统Z源两电平逆变器电容电压应力较高、升压能力不足、功率较低等问题。首先,提出了一种T型五电平逆变器拓扑,该拓扑省去了大量钳位二极管,结构简单,开关损耗小,功率等级高;其次,结合Z源网络与该T型五电平拓扑,得到一种新型Z源T型五电平逆变器拓扑,与传统Z源逆变器相比,在相同的电压增益下,该新型逆变器有效降低了开关器件电压与电容电压;再次,将Z源网络中的电感用升压单元代替,进一步增强了其升压能力;最后,设计了该新型逆变器的同向载波调制策略。仿真实验证明了所提拓扑的正确性与调制策略的有效性。     

新型单相T型五电平非隔离光伏逆变器

提出了一种基于传统单相H桥拓扑和T型NPC拓扑相结合的五电平非隔离单相光伏并网逆变器拓扑结构,该拓扑包括两种结构,即通常的单相全桥和T型中点钳位结构.该拓扑通过一个由双向开关管组成的T型中点钳位结构来获得五电平,称之为T型五电平拓扑.具体分析了该新型拓扑的工作模态与共模漏电流抑制能力,该新型拓扑具有较高的效率,具有较低的泄漏电流,相比于传统的三电平拓扑具有很小的并网电流谐波和较低的开关管电压应力,可以减少并网逆变器的滤波成本和开关管器件成本.最后通过仿真和实验验证了理论的正确性.所提出的T型五电平拓扑符合非隔离光伏并网逆变器的相关标准,适用于光伏逆变器市场.     

一种改进的二极管钳位型多电平变换器拓扑

多电平电路在高压大功率领域的拓展受到其复杂电路拓扑的制约,因此近年来不断有新型多电平电路结构被提出。本文在传统多电平逆变器拓扑结构的基础上,提出了一种新型单相七电平电压源逆变器拓扑。新型电路拓扑是在传统的单相全桥五电平钳位二极管电路基础上,增加了两个开关器件,利用10个开关器件以及4个钳位二极管产生了7种不同的电平输出。详细分析了该逆变器的拓扑结构,给出了PWM控制策略。最后通过仿真实验验证了这种拓扑的可行性。该逆变器对传统钳位二极管逆变器在结构上做出了优化。     

高可靠性非隔离型五电平并网逆变器拓扑与控制

针对传统非隔离型并网逆变器存在桥臂直通风险及接地共模漏电流的问题,提出一种新型高可靠性非隔离型并网逆变器拓扑及其控制方法,仅用6个开关即可实现五电平输出,同时具有高可靠性和漏电流抑制能力。首先,分析了该逆变器的拓扑结构特性及工作模态,在此基础上提出一维空间矢量调制,实现了系统六开关的协调控制,设计了电容电压平衡控制方案,建立了各工作模态高频等效模型并进行分析。最后,搭建了硬件实验平台,在数字化平台上对所提出的方案进行实验验证,实验结果验证了所提新型拓扑、控制方法及均压策略的可行性和有效性。     

新型混合级联多电平逆变器拓扑及调制策略

为解决现有非对称级联多电平逆变器存在低压单元电流倒灌和输出电平数少的问题,提出一种基于开关电容电路的混合级联多电平逆变器。首先,在两单元非对称级联H桥型逆变器的低压单元中嵌入一个开关电容电路,有效避免了低压单元电流倒灌,且输出电平数得以增加。然后,为减少所提方案应用于三相系统时所需直流电源的数量,提出了用三电平中点箝位型或T型逆变器电路作为高压单元的三相混合级联多电平逆变器拓扑。之后,针对所提逆变器拓扑的特性,提出了含有移相载波和层叠载波的混合调制策略,在满足逆变器输出高质量正弦脉宽调制电压波形的同时,有效减小了开关电容电压纹波和开关器件的切换频率及开关应力。最后,通过实验验证了所提混合级联多电平逆变器拓扑及调制策略的可行性。     

两电平与三电平NPC逆变器单桥臂故障重构拓扑SVPWM算法比较研究

四开关三相逆变器(four-switch three-phase inverter,FSTPI)和八开关三相逆变器(eight-switch three-phase inverter,ESTPI)分别为两电平逆变器和三电平中点钳位型(neutral-point-clamped,NPC)逆变器的单桥臂故障重构拓扑,不同故障重构桥臂对应不同的FSTPI和ESTPI拓扑。在分析二者工作原理的基础上,对所有FSTPI和ESTPI的拓扑、空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)算法及其等效载波脉宽调制(carrier-based pulse width modulation,CBPWM)算法进行比较研究。理论研究表明,所有FSTPI和ESTPI都可等效为施加某些限制条件的三电平NPC逆变器拓扑,且直流电压利用率为其一半。这些FSTPI和ESTPI的SVPWM算法都分别互相等效,并且这6种拓扑的SVPWM算法等效CBPWM算法都是以两个相同的相位相差π/3的正弦波为两相调制函数与三角载波进行比较,不同之处仅在于三角载波个数。仿真和实验结果证明了理论分析的正确性与有效性。     

五开关五电平逆变器的载波交错SPWM控制方法

传统五电平逆变器所用开关器件较多,而五开关五电平逆变器简化了拓扑结构。分析五开关五电平逆变器的工作机理,给出其基于载波的SPWM控制的思路,进而提出五开关五电平逆变器的载波交错SPWM控制方法与FPGA实现手段。通过载波周期性正、负交错,采用调制波分层、分区的正弦脉宽调制方式,获得五电平输出电压的开关控制信号。仿真结果从理论上证明其开关损耗小,输出电压的谐波特性与H桥级联型一致。实验结果表明其在整个幅值调制比范围内都适用。仿真与实验结果验证了五开关五电平逆变器的载波交错SPWM控制方法的可行性与有效性。     

降电容电压型准Z源三电平逆变器及其恒功率并网控制

针对传统Z源三电平逆变器的Z源网络电容电压应力大、启动时存在冲击电流等问题,提出一种新型的准Z源中点钳位式(NPC)三电平逆变器拓扑结构,并对其并网控制方法进行研究。首先,分析了新型准Z源NPC三电平逆变器的结构和工作原理;然后将恒功率控制策略引入到准Z源NPC三电平逆变器的并网控制中,并结合SVPWM调制策略实现了逆变器并网控制;最后,进行了软件仿真与硬件实验。结果表明:准Z源NPC三电平逆变器能够减小Z源网络电容电压应力,并网控制方法能够实现逆变器输出的有功、无功功率有效跟踪设定值,且并网电流谐波含量较低。     

级联五开关H桥多电平逆变器功率均衡控制方法

为了提高逆变器的电压和功率等级,提出了一种级联五开关H桥多电平逆变器拓扑结构的功率均衡控制方法。该方法采用了同相交错层叠锯齿载波移相调制,综合了同相层叠锯齿载波调制良好的消谐特性以及载波移相调制各个单元功率分配均衡的优点,使级联五开关H桥多电平逆变器拓扑结构中各个功率单元不仅可以输出五电平,保持良好的消谐特性,而且可以在一个输出周期内实现功率均衡。以3个功率单元为例,进行了仿真实验。实验结果验证了该拓扑结构及其控制方法的可行性与优越性。     

新型不对称多电平逆变器拓扑及其调制策略

传统多电平逆变器应用在高电压等级场合时，所需要的电源以及开关管的数量较大，拓扑结构也较为复杂。针对以上问题，提出一种新型的不对称多电平逆变器拓扑，该拓扑使用了3个不对称的独立电源。与传统的拓扑对比，输出十五电平电压条件下，该拓扑使用开关管器件数量较少，简化了拓扑结构，同时降低了实际成本。采用一种改进的载波移幅调制策略调制该新型不对称拓扑结构，使其能够正常地输出十五电平电压波形，该方法保留载波移幅调制的方法简单且谐波含量少的优点，同时也减少了载波数量的使用。最后对所提拓扑结构及其调制策略进行了仿真分析和实验验证，结果表明了拓扑结构及调制策略的正确性、可行性和优良的动态性能。     

基于功率开关-二极管基本单元多电平逆变器及其功率均衡调制策略研究

针对级联H桥型多电平逆变器开关器件随逆变器输出电平数增加显著增多的问题,提出一种以功率开关器件-二极管为基本单元的新型多电平逆变器。该逆变器仅使用较少开关器件即可实现高质量电平输出,且该拓扑开关损耗低、效率高,不仅易于扩展还能有效避免级联单元间电流倒灌等问题。针对传统正负反向层叠载波调制策略调制下逆变器存在级联单元间输出功率不均衡的问题,在传统调制策略基础上推导分析区域功率,提出了一种基于部分载波循环的功率均衡调制策略,并验证了载波循环规律的普适性,所提调制策略能在保持输出电压波形质量不变的情况下,载波仅变换2(n-1)次即可在nT_o/2内实现级联单元输出功率均衡以及开关损耗平均分配,并提高电源利用率。最后搭建两单元七电平逆变器实验平台对所提调制策略进行了实验验证。     

高效率五电平双降压式全桥并网逆变器

为提高并网逆变器的变换效率,提出一种新颖的五电平双降压式全桥并网逆变器,它由三电平双降压式全桥拓扑、输入分压电容和钳位支路组合得到。其滤波电感和开关器件的电压阶梯仅为输入电压的一半,故磁性元件体积小、质量轻,且每个开关周期仅有一个开关管高频动作,降低了开关损耗。分析了该拓扑的工作原理和调制策略,并分别搭建五电平和三电平双降压式全桥并网逆变器实验样机进行效率比较。实验结果表明,所提五电平拓扑的欧洲效率较三电平拓扑高出0.5%。由三电平双降压式半桥拓扑与两电平桥臂组合,提出另外2种五电平双降压式全桥并网逆变器拓扑。最后对提出的3种拓扑的损耗和成本进行了详细的分析和对比。     

单载波调制的T型并网逆变器数字控制研究

介绍了一种三相T型三电平中功率并网逆变器系统,并给出了三相并网逆变器的数学模型。针对传统的空间矢量脉宽调制(SVPWM)和多载波脉宽调制(PWM)这两种多电平调制方法需要复杂代数运算的缺点,提出了一种易于数字实现的T型三电平单载波PWM方法,并介绍了基于功率前馈的直接电流控制的逆变器双闭环控制策略。研制了一台20 kW实验样机,通过实验验证了所提调制和控制方法的正确性和可行性。     

NPC五电平Z源逆变器的设计研究

传统NPC五电平逆变器不具有单级升压的功能,直流电压利用率低,不允许上下桥臂直通,需引入死区时间,造成逆变系统安全性下降。Z源逆变器(ZSI)利用特殊的X型LC网络实现单级升压功能,同时允许桥臂直通,提高逆变器的可靠性。为此提出一种双Z源NPC五电平逆变器拓扑,分析其直通工作状态,并说明了此拓扑结构的合理性。基于传统NPC五电平逆变器的同相载波层叠PWM调制原理,设计了一种适用于五电平ZSI的同相载波层叠PWM调制法。仿真分析验证了此调制方法的合理性及NPC五电平Z源逆变器在提高直流电压利用率方面的优势。     

高可靠型非隔离三电平光伏并网逆变器

为解决二极管箝位三电平光伏并网逆变器存在直通危险而导致可靠性降低的问题,提出一种改进型三电平并网逆变器电路拓扑,将双降压式半桥逆变器的防直通结构引入传统二极管箝位三电平电路中,并结合光伏并网逆变器要求单位功率因数运行的特点省略了双降压式半桥逆变器的桥臂续流二极管,使得新拓扑十分简洁.详细分析了新型三电平逆变器的工作模态、运行方式、共模特性和控制策略,并通过仿真和实验验证了新型逆变器的防直通、定频滞环控制和低漏电流特性.     

基于混合载波调制的三电平ANPC逆变器开路故障容错控制策略

与二极管中点箝位型(neutral-point-clamped,NPC)逆变器相比,有源中点箝位型(active NPC,ANPC)逆变器具有零电平下的冗余开关状态,增加控制自由度和容错运行能力。为进一步提高三电平ANPC逆变器的可靠性,提出一种基于混合载波调制技术的容错控制方法,通过改变参考调制信号和载波信号,可以实现单个和多个功率器件开路故障下的多模式容错运行,采用改进的零序电压注入法,维持正常和容错运行模式下直流侧电容电压的平衡,并抑制中点电位的低频脉动。所提方法不需要增加额外的功率器件和传感器,可以提高三电平ANPC逆变器的可靠性和输出性能。仿真和实验结果验证所提容错控制策略的可行性和有效性。     

基于晶闸管及IGBT的新型两电平逆变器

提出一种新颖的两电平电压型逆变器拓扑结构。该三相逆变器具有三个桥臂,每个桥臂由2个晶闸管、1个IGBT及4个二极管组成。晶闸管完成逆变器的相位定位,IGBT完成不同调制方式(SPWM、SVPWM、SHPWM等)的调制,二极管完成桥臂的换相。对基于晶闸管及IGBT的新型两电平逆变器的原理及拓扑结构进行详细的分析与设计,建立该新型两电平逆变器的仿真及实验平台,仿真及实验结果表明:与传统的两电平逆变器比较,可实现传统逆变器功能的同时,具有成本较低及开关损耗低的特点,在矩阵式逆变器领域更具优势,验证了所提方案的正确性。     

二极管钳位型三电平逆变器共模电压抑制

二极管钳位型(NPC)三电平逆变器是一种应用广泛的多电平逆变器结构。中点电位不平衡是NPC三电平逆变器固有的缺点。传统虚拟空间矢量调制(NTV2)能在输出电压全范围内控制中点电位平衡,但其产生的共模电压较大。针对上述缺点,提出了一种新型NTV2方法,选用产生共模电压较小的基本电压矢量合成新的虚拟小矢量和虚拟中矢量。同时,提出相占空比法,降低了新型NTV2方法的开关频率,使其开关频率固定。仿真和实验结果验证了新型NTV2方法能够有效地抑制共模电压,且在输出电压全范围内控制中点电位平衡。     

基于载波和空间矢量调制之间联系的多电平VSI降低和消除共模电压的PWM策略

提出一种多电平逆变器降低和消除共模电压的调制方法。选择适当的开关状态,部分共模电压消除调制方法(PCMVPWM)能将共模电压降低到直流侧母线单电源电压的三分之一,完全共模电压消除调制方法(FCMVPWM)能完全消除共模电压。分析了这两种调制方法与基于载波的脉宽调制方法的关系。在NPC三电平逆变器的原型机上对算法进行了实验验证,仿真和实验结果表明该调制方法能够有效地降低共模电压。最后将算法拓展到任意电平逆变器的调制中。