一种输入电流连续的新型半桥变换器设计

为了解决传统隔离型半桥变换器输入端电流断续造成的电磁干扰(EMI)等问题,提出了一种新型半桥变换器拓扑,它利用隔离变压器漏感和耦合电容构成输入滤波器实现了输入电流的连续。对变换器拓扑及其工作原理进行了分析,提出了隔离变压器和耦合电容的参数设计方法。最后,对新型拓扑进行了实验验证,结果表明新型半桥变换器实现了输入电流的连续,并有效减小了变压器漏感造成的开关管关断电压尖峰。     

一种多路输入高升压Boost变换器

针对光伏发电系统模块多、输出电压低等问题,提出了一种多路输入高升压Boost变换器。首先分析了2路输入高升压Boost变换器的工作原理及性能特点,然后通过拓扑推演,得到了n路输入高升压Boost变换器。在此基础上搭建了输出功率为100 W的实验样机,实验结果表明:n路输入电压平衡时,输出电压与输入电压之比是Boost变换器的n倍;控制简单,无论各个输入电压源电压相等与否,均可以通过一套控制系统实现输出电压恒定;开关器件电压应力低,可以选择额定电压低的器件,有利于提高变换器效率。     

多输入单相MMC整流器控制方法的研究

多输入MMC整流器是一种可以连接多个交流电源的新型多端高压变换器。针对多输入单相MMC整流器的拓扑特点,提出了一种开关组独立控制方法。该方法对同一桥臂上各开关组的调制信号进行解耦,并加入电容均压和稳压控制功能,实现了每个功率子模块电容充放电的平衡,同时保证了直流侧电压稳定。最后通过仿真验证了所提控制方法的可行性。     

一种输入并联输出串联模块化LCC谐振变换器

提出了一种输入并联输出串联(IPOS)DC-DC变换器,该变换器基于输出电容滤波型单相全桥LCC变换器。不同于传统IPOS变换器,该变换器将后级全桥整流电路交错连接,以克服模块间参数差异对模块间输出均压特性的影响。对所提出的变换器的工作原理、工作模式及均压特性进行了详细的分析。试制了实验样机,对比测试了传统变换器与新型变换器模块间参数差异对均压特性的影响,并进一步测试了输入电压突变和负载突变情况下新型变换器的均压特性。实验结果表明,新型变换器在稳态和暂态情况下都具有很好的均压特性,无需额外均压控制。     

一种低输入电流纹波高增益软开关DC-DC变换器

针对新能源发电系统输出电压低、电压稳定性差等问题，提出一种非隔离型低输入电流纹波高增益软开关直流变换器。该变换器结合有源钳位技术和耦合电感与二极管-电容倍压结构，提高了变换器的电压增益，降低了开关器件的电压应力。耦合电感自身漏感有效缓解二极管反向恢复问题，并通过有源钳位网络回收利用了漏感的能量，开关管无关断电压尖峰。利用耦合电感漏感，所有开关管均实现了零电压软开关，提高了变换器的效率。详细分析了变换器的拓扑结构与工作原理，并对电压增益、器件电压电流应力、软开关等电路性能进行了分析。最后，搭建了一台40 V输入、400 V输出、额定功率为160 W的试验样机，实验验证了该变换器具有低输入电流纹波、高电压增益、高变换效率和低电压应力等优点。     

开关电容型ISOP变换器电压解耦控制

传统的双环控制输入均压环和输出电压环之间存在着耦合关系,输入均压环和输出电压环控制器参数调节会相互影响。通过引入耦合因子分析了输入均压控制与输出电压控制之间的耦合特性,提出了开关电容(SC)型输入串联输出并联(ISOP)直流变换器的电压解耦控制策略,消除了输入均压环与输出电压环相互之间的影响,有利于控制器参数的优化设计,同时采用交错移相调制方法,大大减少了输出电流纹波。最后,搭建了3模块的ISOP直流变换器的仿真模型验证了所提方法的有效性。     

输入并联输出串联的半桥变换器研究

在高输出电压、大功率的应用场合,单个变换器模块很难满足高输出电压、大功率设备的要求,存在变换器输入端功率器件电流应力过大,变换器次级电压偏高、整流二极管电压应力大和反向恢复时间长等问题。为此,以半桥变换器为基本单元,提出了一种适合于高输出电压、大功率应用场合的输入并联输出的串联半桥组合式变换器。该拓扑结构中各模块共用一对电容桥臂,这样大大减少了主电路中电容的数量,结构简单。分析了该组合式变换器的特点和规律,对其产生不均压不均流的因素进行了探讨并提出了相应的均压均流控制方案;进行了控制回路的设计,同时引进交错控制技术。仿真结果表明,它具有很好的均压均流效果及良好的输出特性,证明了该半桥组合式拓扑结构及其相应控制方法的正确性。     

输入并联输出并联半桥变换器均流分析和试验

以半桥变换器为基本单元,提出了一种适合于低电压、大电流的输入并联输出并联半桥组合变换器。该结构利用单个半桥变换器本身的电容作为输入均压电容,无需另加输入均压电容;拓扑结构中各模块共用一对电容桥臂,这样减少了主电路中电容的数量,结构简单。对变换器进行了统一建模,分析了其特点和规律,并对不均流因素进行了探讨。提出了相应的均流控制方案,同时引进了交错控制技术。仿真和试验结果表明,具有很好的均流效果和输出特性,证明了该拓扑结构及其相应控制策略的正确性。     

一种直流输入滤波电容容量最优设计方法

提出了一种实用的输入滤波电容容量最优设计方法,推导了相关参数的计算公式。分析了该方法,根据变换器拓扑、工作模式、输入功率、输入电压、开关频率、占空比,依据输入电压纹波等指标要求,给出了定量计算出符合指标要求的、满足多种设计边界条件的输入滤波电容容量参数。     

一种新型高增益双输入DC-DC变换器

针对新型分布式光伏发电系统输入源模块多、输出电压低的缺点,提出一种新型高增益双输入直流变换器。在双输入交错并联Boost变换器的后级增加了三个电容和三个二极管,构成了电容串并联结构。电容的有效充放电使变换器具有高电压增益和低开关器件电压应力的特点。此外,变换器还具有电路结构对称、控制简单、灵活实现各输入源功率分配等优点。首先,本文详细分析了变换器的工作原理和电路稳态特性,给出了电感和电容的参数设计过程。最后制作了一台400 W实验样机,实验结果验证了电路的有效性。     

新型模块化多电平DC-DC变换器拓扑及其工作机理分析

针对目前模块化多电平DC-DC变换器拓扑结构及其主要采用的交流平衡控制方法所带来的问题,基于直流控制思想,提出了一种新型模块化多电平DC-DC变换器拓扑。通过重构一种全桥子模块结构,每个子模块电容同时包含两条充放电路径,相邻子模块间通过形成局部的并联支路实现电容间电能传递和电容电压自平衡,避免了子模块电容在单向直流电能变换导致的电压失衡。通过对变换器的平衡机理及其基本工作原理分析、仿真实验验证,结果表明所提出的变换器在直流控制方式下能够稳定运行,子模块电容电压具有自平衡能力,变换器电压变比范围大,具有适用于不同应用场合直流输配电的应用潜力。     

基于三电平子模块的倍电平复合式MMC变换器

为了降低模块化多电平变换器MMC(modular multilevel converter)的接线复杂度和通信失效故障概率,ABB提出了采用压接式IGBT串联的级联两电平CTL(cascaded two-level)变换器。由于桥臂子模块数由数百降为几十,CTL变换器输出电压电平数较少,需要在交流侧安装滤波器。为此,提出了基于三电平TL(three-level)子模块的倍电平复合式MMC变换器VLD-HMMC(voltage-level-doubler hybrid MMC)。每个桥臂有TL、半桥HB(halfbridge)子模块混合组成,且交流侧串联有一个全桥FB(full-bridge)子模块,输出电压电平数提高了1倍,从而省去了交流滤波器。各子模块具有脉冲自主触发功能且其功率开关由压接式器件串联组成,降低了桥臂子模块数,简化了控制器与主电路之间的接线复杂度,降低了通信故障的概率。单个功率开关短路故障不会影响系统正常运行,并且可避免了子模块电容的过度放电,保护电容器和功率开关,提高变换器的可靠性及故障穿越能力。所提拓扑结构实现了直流故障穿越运行,为HVDC换流站的设计提供了技术参考。     

一种新型MMC并联双端口子模块及其三阶段故障电流阻断机理

为使模块化多电平换流器(modular multilevel converter,?MMC)具备直流故障自清除能力和电容电压均衡能力,提出了一种新型并联双端口子模块：钳位双全桥子模块(clamp double full bridge submodule,?CD-FBSM)。该子模块器件成本和运行损耗较低,正常工作时相邻子模块之间具有多种协同运行模式,通过特有的并联模式可提高电容电压均衡度。故障闭锁时,模块内部电容并联、模块之间电容串联且反向接入电路,能够可靠阻断故障电流并均衡电容电压,有利于系统快速重启。此外,提出了三阶段故障电流阻断机理分析方法,对CD-FBSM的故障电流阻断过程进行了研究。通过Matlab/Simulink的仿真结果表明,所提子模块电容电压均衡度较高,可快速阻断故障电流,且故障电流阻断过程与理论分析一致。     

A Zeta-based switched-capacitor DC-DC converter topology

This article proposes a new Zeta-based switched-capacitor (SC) dc-dc converter, which has many advantages such as increased voltage gain, decreased duty-cycle, lower voltage stress on components such as its capacitors and input switch, and increased output power over traditional dc-dc converter structures. In traditional converters such as Zeta converter, there is only one coupling capacitor, which works as a medium for transferring the power between input and the output. However, in the proposed Zeta-based converter, there are multiple coupling capacitors, which are used based on dc-dc SC converter principles. By using these switched coupling capacitors, the mentioned advantages are obtained for the proposed structure, which in turn make this converter more applicable for industrial applications. The analysis has been validated by comprehensive and precise comparisons and experimental results.     

基于子模块组合的模块化多电平变换器简化空间矢量调制策略

调制策略对模块化多电平变换器MMC（modular multilevel converter）的稳定运行有着至关重要的作用。针对空间矢量调制SVM（space vector modulation）策略应用在MMC中存在计算复杂度高的问题,提出了一种简化的SVM控制策略。首先,将子模块分组构成子单元,使用三电平SVM对每一个子单元进行控制。其次,将相邻子单元的采样时间均匀地错开,以实现MMC多电平输出,降低输出电压和电流的谐波含量。最后,结合电容电压排序策略对子模块进行灵活控制,保证子模块电容电压的均衡。所提出的调制策略在子模块数量较多的MMC拓扑中实施简单,计算复杂度低,控制灵活性高。实验验证了所提方法的可行性和有效性。     

适用于少子模块混合型MMC直流故障穿越的均压调制策略

针对混合型模块化多电平换流器(HMMC)在中低压场景子模块个数受限以及直流故障穿越期间的电容电压平衡问题,提出适用于少子模块HMMC直流故障穿越的调制技术以及直流故障穿越期间的电容电压平衡控制方法。从虚拟半桥子模块角度对全桥子模块拓扑进行解耦,统一HMMC的内部拓扑。基于虚拟调制改进载波移相脉宽调制方法,提出适用于HMMC多工况运行模式切换的混合调制技术。进一步考虑直流故障穿越期间的子模块电容电压平衡需求,基于优化子模块充、放电能量分布的思想,重构脉冲映射关系,提出分层脉冲自适应平衡控制方法。仿真结果表明,所提策略实现了少子模块HMMC直流故障穿越,并有效保障了直流故障穿越过程中子模块的动态电容电压平衡。     

模块化多电平换流器HVDC直流侧故障控制保护策略

模块化多电平换流器（MMC）是电压源换流器（VSC）的一种新型拓扑。由于MMC与VSC拓扑结构的差异,二者的直流系统故障机制也有所区别,有必要对其故障特性进行深入分析以进行保护设计。文中介绍了MMC的拓扑结构及工作原理,通过比较基于MMC与VSC直流输电系统的故障特征差异,分析了MMC-HVDC不同类型直流线路故障对系...     

Performance analysis and calculation of critical inductance and output voltage ripple of a simple non‐isolated multi‐input bidirectional DC‐DC converter

In this paper, a simple non‐isolated multiple input (MI) bidirectional DC‐DC topology is proposed which can operate in buck, boost, or buck‐boost modes. The proposed topology utilizes a battery pack to realize the bidirectional power flow operation especially when the input sources are non‐storable ones. The excess energy of input sources can be stored in the battery and be injected to the load, when required. Simultaneous or independent power transfer of input sources is also provided. For better evaluation, the proposed topology has been compared with several recently presented novel topologies, from view point of number of inductors, capacitors, switches, and diodes. Comparison results show that the proposed topology utilizes less number of components (switches, inductors, capacitors, and current sensors) which can reduce the size, cost, and complexity of converter. Different operational modes of the proposed topology (unidirectional buck, boost, buck‐boost modes, and bidirectional mode) have been presented. Also, boost mode of the proposed topology has been investigated in detail, from design point of view, and generalized relationships have been proposed for calculation of critical inductance (CI) and output voltage ripple (OVR) of proposed n‐input boost topology. To validate proposed theoretical concepts, the proposed topology has been modeled and simulated in PSCAD/EMTDC software, and the 3‐input boost version has been experimentally implemented. Simulation and experimental results confirm appropriate performance of the proposed topology.     

采用模块化多电平换流器的统一电能质量控制器预充电控制

基于模块化多电平换流器的统一电能质量控制器(MMC-UPQC)是一种可应用于中、高压配电网的电能质量综合治理装置。在保证设备安全情况下完成装置的预充电过程是装置正常工作的前提,文中对预充电过程3个阶段(不控整流阶段、串联部分子模块电压提升阶段以及可控整流阶段)进行了数学建模与分析,认为在不控整流阶段,各相桥臂子模块中与子模块直流电容并联的反并联二极管将耐受最大冲击电流;在串联部分子模块电压提升阶段,限流电阻仍是限制冲击电流的主导因素,且该阶段所能产生的冲击电流要小于不控整流阶段。由此提出了MMC-UPQC的预充电控制策略,并通过数字仿真和低压物理样机对所提策略的有效性和可行性进行了验证。