简化矢量的多电平逆变器共模电压抑制方法

在高压变频传动领域,共模电压问题尤为突出.首先以有源中点箝位型五电平(ANPC-5L)逆变器为例进行分析,提出了一种基于简化空间矢量的多电平逆变器共模电压的抑制方法.通过建立变换器输出共模电压的数学模型,分析多电平变换器各开关状态与共模电压之间的关系,以最小共模电压为控制目标剔除不满足要求的开关状态,从而减少多电平电压空间矢量对应冗余开关状态的数量.得益于冗余开关状态数量的降低,不仅共模电压得到了很好地抑制,同时还极大地降低了多电平电压空间矢量脉宽调制策略的实现难度.最后通过实验结果验证了所提共模电压抑制方法的正确性和有效性.     

DC/DC/AC混合型MMC变换器控制策略分析与设计

研究了一种可以实现电能不同形式综合利用的DC/DC/AC混合型模块化多电平变换器(MMC),该结构的变换器实现了电压变换功能的多样化。首先,分析了该种可以同时实现DC/DC与DC/AC混合电压变换的模块化多电平变换器拓扑结构;然后,利用功率正交原理,设计了DC/DC/AC混合型模块化多电平变换器的闭环控制策略;最后,在给定交流负载侧交流电流的前提下,实现了各个桥臂子模块电容电压的均衡控制。仿真结果验证了所提出的DC/DC/AC混合型模块化多电平变换器电压变换功能的可行性以及控制策略的有效性。     

多电平直流变换器中飞跨电容电压的一种控制策略

多电平直流变换器利用飞跨电容使得输入电压在串联的各开关管之间均分，以降低各开关管的电压应力。合适的飞跨电容电压是保证多电平直流变换器正常工作并具有良好性能的关键。文中提出一种新颖的控制飞跨电容电压的方案，该方案首先将输出电压与飞跨电容电压解耦，使得控制飞跨电容电压的同时不影响输出电压的调节。继而对飞跨电容电压进行解耦控制，采用这种控制方案有利于分别独立设计各个飞跨电容电压和输出电压的控制闭环。此控制方案通过四电平直流变换器进行了实验验证。     

双端级联多电平变换器脉冲解耦调制策略

针对参考矢量解耦的双端级联多电平变换器调制策略,提出一种直接在脉冲产生环节实现参考矢量解耦的方法,可有效简化算法、保证脉冲同步,并且可以和任意单端变换器的调制策略配合使用,具有通用性。结合双两电平级联三电平变换器、双三电平级联五电平变换器,分别给出180°,120°脉冲解耦调制策略的具体实现方法。通过最大线性调制度、直流电压利用率、零序电压消除效果等方面的对比分析,得到120°脉冲解耦调制策略更加适用于共直流母线双端级联多电平变换器的结论。仿真和实验结果验证了所提双端级联多电平变换器脉冲解耦调制策略的有效性。     

基于能量平衡的模块化多电平变换器调制方法

基于模块化多电平变换器（modular multilevel converter, MMC）的DC/DC变换器因其模块化结构,容易实现低中高压之间的电压转换而广泛应用于直流配电网。该文研究了一种基于模块化多电平变换器的电隔离双向DC/DC变换器,根据DAB变换器的典型两电平电压波形,提出了一种基于能量平衡的模块化多电平变换器调制方法,可以在离散水平上产生适应的电压增益,并对MMC桥臂子模块电压平衡关系和能量平衡关系进行了理论分析,最后通过仿真方法验证了所提出的基于能量平衡的模块化多电平变换器调制方法的性能要优于经典能量平衡策略。     

零电压开关PWM全桥三电平变换器

该文针对全桥三电平变换器提出了一种新的控制一一斩波加移相控制，引入了飞跨电容和钳位二极管，使全桥三电平变换器可以工作在三电平模式和两电平模式，同时实现所有开关管的零电压开关，从而使变换器适应宽范围输入电压的要求，并保持较高的变换效率。由于开关管的电压应力只有输入电压的一半，使该变换器非常适合高压输入的场合。此外，全桥三电平变换器输出滤波电感比传统全桥变换器大大减小，副边整流一极管的电压应力得到了降低。由于变换器的输入电流纹波很小，输入滤波器也得到了减小。该文详细分析全桥三电平变换器在该控制策略下的工作原理，讨论参数设计，并且给出实验结果。     

混合级联多电平变换器SHEPWM方法的仿真

研究了混合级联多电平变换器的特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)技术，针对1／4周期对称的混合级联多电平SHEPWM问题，提出了一种使用具有均匀电平的通用多电平SHEPWM方法求取预期的输出电压波形，然后采用混合级联多电平电路来实现所需电压和功率输出的解决办法。以两级混合级联多电平电路为例，对混合级联多电平逆变器的SHEPWM方法进行了仿真研究，结果证明：混合级联多电平SHEPWM非线性方程组形式和求解过程与通用的均匀电平多电平变换器一样简单，易于收敛；适用于通用均匀电平多电平变换器的SHEPWM非线性方程组求解问题的结论，完全适用于混合级联多电平变换器；直流母线电压利用率很高，电压调制比可以达到1．158；SHEPWM法的谐波消除效果非常理想，输出电压波形质量高，是混合级联多电平变换器的一种非常有效的控制策略。     

模块化多电平变换器三种调制策略及电压平衡控制仿真与对比研究

模块化多电平变换器作为一种新型的多电平拓扑,因为适用于电压源换流型直流输电场合而得到了广泛研究.本文介绍了模块化多电平变换器的拓扑结构和工作原理,并对常用于模块化多电平变换器拓扑的载波移相、最近电平逼近和载波层叠调制策略以及相应的电容电压平衡算法进行了分析,并在PSCAD/EMTDC下搭建了31电平的模块化多电平变换器仿真模型,分别实现了三种调制策略及其电容电压平衡算法,比较了不同调制策略在电压谐波、电容电压平衡、开关频率等方面的表现,并给出了不同调制策略的特点.     

悬浮电容钳位多电平矩阵变换器拓扑与控制

矩阵变换器已广泛应用于中低压系统中,但在高压领域,矩阵变换器的使用受到了开关器件电压等级的限制。将矩阵变换器与多电平拓扑相结合,有望成为解决这一难点的重要手段。文中论述了多电平矩阵变换器的结构特点,重点研究了采用悬浮电容钳位实现多电平矩阵变换器的可行性以及悬浮电容电压控制策略,提出了完整的输出电压与输入电流的状态空间矢量调制策略。最后,通过仿真与样机实验论证了控制算法的可行性、可靠性和有效性。     

新型模块化多电平变换器电容电压波动规律及抑制方法

模块化多电平变换器以其结构模块化、不需要变压器以及易于扩展到高电平等优点,成为近年来研究的热点.本文针对一种新型的模块化多电平变换器拓扑研究了其悬浮电容电压波动规律.首先从半桥臂的输出功率入手,分析了其功率脉动和一个周期内的能量变化,给出了电容电压波动幅值表达式.针对电容电压在低频下波动较大的问题,提出了一种电容电压波...     

IGCT的状态检测与逻辑控制

门极驱动单元是集成门极换流晶闸管(IGCT)的重要组成部分。除了完成强触发导通与门极换流关断外,门极驱动单元还必须具备可靠的工作状态检测与逻辑控制功能。本文将从门极换流晶闸管(GCT)芯片的基本结构与IGCT驱动的基本原理出发,结合工业上广泛应用的NPC三电平拓扑,分析不同工况下GCT门阴极电位变化的基本机理,以及各个工况对门极驱动逻辑控制的要求。最后设计了一种带有精确状态检测功能的门极驱动单元,并在一个自主研发的NPC三电平功率模块上进行了功能测试。实验得到了各个工况下IGCT换流过程与门极驱动单元检测电路的实际波形,验证了门极驱动单元具有优异的状态检测与逻辑控制功能。     

超宽工作电压DC/DC变换器设计

针对太阳能光伏发电系统输出电压较宽的情况,设计了一种超宽工作电压的DC/DC变换器。利用稳压管在开关关断时对电路进行电压钳位,解决了单管反激变换器在高电压输入时电力MOSFET电压应力过高的缺陷。通过合理设计电路并从电路副边引入电流作为MOSFET栅极驱动,可以保证开关管的饱和导通。在理论分析、仿真优化、反复调试的基础上,设计了一款15 W、1 000 V/200 V输入的样机。经过测试,此变换器可以长时间稳定工作且转换效率比较高。     

一种适用于GaN器件的谐振驱动电路

针对氮化镓(GaN)器件,传统的驱动电路是电压源型驱动,在高频下充放电回路中的寄生电感会引起栅源电压振荡,超过GaN器件的栅源耐压值,损坏GaN器件。采用谐振驱动(RGD)电路是解决上述传统驱动存在的问题的有效途径之一,利用LC谐振,在GaN器件开通和关断时提供一条低阻抗箝位路径,减小栅源电压的振荡,提供一个稳定的栅源电压。详细分析了RGD电路的工作原理,同时设计制作了1 MHz的Boost变换器原理样机,并给出了实验结果。     

脉冲电场灭菌用固态高压开关的研制

针对脉冲电场灭菌技术对开关性能的特殊要求,提出了利用IGBT串联构成高压、大容量固态开关的技术。设计并实际制造出了可供高压脉冲电场灭菌用额定电压10 k V的固态高压开关。该开关采用8个1 700 V、400 A的IGBT串联,以栅极动态RCD为基本均压方式,以FPGA为主控单元,产生8路相对独立的基准控制脉冲,其脉宽、周期、延时均可调节,且以25 ns为步进调节。通过调节各路驱动信号的相对延时,使各单元分压均匀,消除过压影响,从而在负载端得到较为理想的方波脉冲。采用光纤隔离,使隔离电压不受限制。实验结果表明,该装置性能良好,可以满足脉冲电场灭菌的实际需求。     

大容量门极可关断晶闸管变频器的技术分析

对大容量门极可关断晶闸管（GTO）变频器系统的电路结构和能良好保持各单元变频器间电流平衡的多重化脉宽调制（PWM）控制方法进行了分析。采用多重化和PWM控制后,不仅增大了装置容量,而且改善了输出电压波形,大幅度降低了高次谐波;与交一交变频器系统相比具有同等以上的指标,同时实现了电源电流的正弦化和电源的高功率因数运行。该系统在轧机主传动等各个领域中有着广阔的应用前景。     

直流融冰覆冰线路全控直流融冰电源及其控制切换策略

针对现有融冰电源的状况,提出了一种新型的基于绝缘栅双极型晶体管(IGBT)斩波调压电路的电压源型换流器(VSC)功率单元级联直流融冰电源拓扑。对VSC功率单元的工作模式和级联型融冰电源的工作特性进行了分析,结合该电源的拓扑特点,提出了功率单元的单位功率因数脉宽调制(PWM)控制+6重移相斩波调压控制的新型控制组合策略。根据融冰电源的应用方法,提出了基于"一进两回"融冰接入方法的新型三相循环自动融冰控制策略,给出了切换方法并进行了详细分析,同时对直流侧故障策略进行了分析。实验结果表明,该融冰电源具有电压稳定可调、恒流输出的特性,可以有效完成自动融冰功能,电能质量参数明显优于现有其他类融冰电源。     

DC/DC变换器数字预测非线性PID控制策略

以DSP芯片TMS320LF2407为主处理单元,功率变换部分采用双管正激电路,提出一种具有数字预测的非线性PID控制器。设计并实现了模块化高压输入航空静止DC/DC变换器原理样机,给出了该样机的总体结构方案、关键硬件电路、相应的软件流程和实验结论。基于5kW样机的实验结果表明,这种数字式预测非线性PID控制能使DC/DC变换器具有良好的动、静态特性。     

IGBT模块直接串联电压均衡驱动控制技术

高压绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块直接串联技术是实现柔性直流输电、高压直流断路器等高压大功率控制设备的一个重要基础,其中最难解决的是串联IGBT模块之间的电压均衡问题。文中分析了电压不平衡的机制,得出了实现电压均衡的关键在于解决断态电压不平衡和关断电压不平衡问题,门极侧均衡控制方法是较好的解决手段。对基于有源电压控制技术的驱动设计和基于延时补偿的控制策略进行了探讨,并分别采用在有源区对关断波形进行跟随控制和补偿IGBT器件间关断延时的方法,有效实现了串联器件的电压均衡。最后,通过6只3 300V/1 200AIGBT模块直接串联的阀段脉冲和基于该阀段的三相换流阀运行测试,对这两种方法进行了验证,所述方法获得了较好的电压均衡效果。     

An extensible two‐phase high voltage‐boosting converter with automatic current balance

In this study, an extensible 2‐phase interleaved high step‐up converter with automatic current balance is presented. This converter uses coupled inductors and energy‐transferring capacitors to improve the voltage gain of the traditional 2‐phase interleaved boost converter as well as employs these energy transferring capacitors to do automatic current balance. Furthermore, the voltage gain can be enhanced not only by adjusting the turns ratio but also by increasing the numbers of phases, diodes, and energy‐transferring capacitors. Therefore, it can be used in high input current and high step‐up voltage applications. In this paper, the basic operating principles of the proposed converter are described and analyzed, and finally, its effectiveness is demonstrated by experiment. In addition, the field‐programmable gate array, named EP13T100C8N and manufactured by Altera Co, is used as a control kernel, and an experimental prototype, with input voltage of 12 V, output voltage of 200 V, and rated output power of 200 W, is given to provide the effectiveness of the proposed converter.     

基于FPGA和MCU的数字电桥的研制

本文介绍了一种基于现场可编程逻辑门阵列FPGA和微控制器MCU设计的高性能数字式电桥的系统结构.数字电桥采用了伏安法的自由轴测量原理;激励信号使用直接数字频率合成技术,产生了失真度小、幅值稳定的正弦信号;采用了全数字相敏检波技术,大大提高了鉴相的精度;设计了专用的积分A/D转换器,提高了转换的精度.该数字电桥基本测量精度达到了0.01%,同时具有数据处理、自校准、自修正、自诊断及显示各种测试条件、参数和结果等功能.