一种基于开关电容的单电源升压型六电平逆变器

针对现有开关电容型多电平逆变器存在拓扑结构复杂、器件数量较多、电容电压不平衡以及电压应力较大等缺点,提出一种新型的基于开关电容的六电平逆变器。该电路拓扑由6个功率开关、1个直流电压源和3个电容组成,可以产生2.5倍升压增益的六电平输出电压。此外,由于电容由输入直流电压源直接充电至固定电压,因此电容电压能够实现自动平衡。对所提逆变器的工作原理、PWM调制策略以及电路参数等方面进行详细分析,同时还对该逆变器与现有多电平逆变器进行了对比研究。最后采用Matlab软件建立了仿真模型,仿真结果验证了所提电路的有效性和可行性。     

不均匀升压的七电平开关电容逆变器

新能源接入电网需要更可靠的逆变器,针对现有多电平逆变器存在拓扑结构复杂和功率器件电压应力高等问题,提出一种不均匀升压的7电平开关电容逆变器。该拓扑结构由双电容开关模块和全桥电路组成,以较少的器件数量和低电压应力实现两倍增益的7电平输出。采用最近电平逼近法和基频调制策略控制开关管的导通顺序,实现电容与电压源的串并联。拓扑结构简单、开关损耗和电压纹波小,且满足电容电压自平衡和不均匀升压功能,极大地降低了电压谐波的畸变率,提高逆变器转化效率。最后对逆变器拓扑结构的工作原理、调制策略和电路参数进行了理论分析,并通过仿真和实验验证了该拓扑结构的可行性与有效性。     

含开关电容的有源箝位多电平逆变器

针对传统多电平逆变器输出电平不易扩展的问题,结合开关电容能输出二倍电容电压的特点,提出一种含开关电容的有源箝位多电平拓扑。该拓扑能明显增加输出电平数,由开关电容带来的冗余状态也有利于电容电压均衡,且所含电容少逆变器体积小,适用于低压高功率密度的场合。分析了新拓扑中基本单元分别为开关电容单元和飞跨电容单元的情况,从电容容值和成本角度出发,得出了含开关电容的有源箝位型多电平拓扑构成原则。在此基础上从开关管数量、电容数量和冗余开关状态数量3个方面对比了新拓扑与普通有源中点箝位型拓扑的特性,最后以九电平组合拓扑为例,分析其工作原理、调制策略及电容电压控制策略。仿真和实验结果验证了其可行性。     

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。     

复合型级联双Buck飞跨电容五电平逆变器

为了提高效率、改善波形和实现高频化,提出复合型级联双Buck飞跨电容五电平逆变器。由耐压功率元器件构成的全桥电路实现基波频率波形,由低压高频率的元器件构成双Buck为基础的飞跨电容逆变电路,改善了波形,提高了整机效率。该拓扑具有双Buck与飞跨电容逆变器的双重优点,双Buck逆变器具有无桥臂直通、无体二极管反向恢复问题的优点和电流半周期工作模式,使得高频化和高效率得以同时实现。飞跨电容逆变器可以通过逻辑电路选择冗余模态,从而控制飞跨电容的充放电来实现飞跨电容电压的平衡,并且对该电路进行了理论分析及实验验证,该电路可拓展为更高电平。     

一种单相双输入九电平逆变器及其调制策略

由于传统多电平逆变器存在电路结构复杂、功率器件多、控制复杂等缺点,提出一种单相双输入九电平逆变器,通过2个直流输入电源与电容的串并联实现九电平输出,拓扑结构简单,能够以较少的功率器件和电容数量产生更多的输出电平,谐波含量低,并且其多输入结构适用于分布式发电和微电网等领域。首先给出逆变器的电路结构和工作原理,然后设计逆变器调制策略,并分析电容充放电过程及其对电压波动的影响,实验结果验证了所提九电平逆变器及其调制策略的有效性和可行性。     

混合钳位型四电平和五电平逆变器拓扑结构和控制策略

为了提高传统二极管钳位和飞跨电容多电平变换器的电平数并减少钳位器件的数量,同时避免五电平有源中点钳位拓扑中开关器件的直接串联,提出一种混合钳位四电平逆变器拓扑及其扩展五电平拓扑结构。为实现悬浮电容和母线中点电压的平衡控制,提出一种改进的载波移相PWM策略,通过微调PWM脉冲占空比实现悬浮电容和母线中间电容的平衡控制。在此基础上为实现上、下母线电容电压的平衡控制,提出一种基于最优零序电压注入的平衡控制策略。研制了一台实验样机并通过实验验证了该拓扑及控制策略的有效性和可行性。     

一种基于开关电容的九电平逆变器

基于开关电容的多电平逆变器具有电路拓扑简单和电容电压自动平衡等优点。然而,现有开关电容型多电平逆变器存在元器件数量较多和电压应力较大等缺点。针对这些问题,该文提出一种九电平逆变器,该电路通过较少的元器件数量和较低的元器件电压应力实现了4倍升压的九电平输出,具有较低的成本和较小的体积;结合最近电平逼近法和基频调制策略来产生开关控制信号,通过开关管的有序通断实现良好的交流电输出。对九电平逆变器的工作原理、调制策略和电路参数等方面进行详细分析,最后搭建一台样机进行实验,证明了所提出电路的有效性和可行性。     

新型单相五电平电压源逆变器

为了改善传统多电平逆变器电路结构复杂的问题,利用较少的功率器件实现尽可能多的电平输出,提出一种新型单相五电平电压源逆变器。新型电路扑结是在传统的单相H桥型电压源逆变器的基础上,增加了两个单向功率开关,利用6个功率开关在交流侧就可以产生5个不同的电平输出。在分析电路拓扑工作原理和6种工作模式的基础上,给出了简单的PWM控制策略。实验结果验证了电路拓扑及其控制方法的有效性。     

混合有源中性点箝位型七电平逆变器及其控制策略

为了减少开关器件数量、提高效率、降低逆变器体积,本文提出了一种新型混合有源中性点箝位型七电平逆变器拓扑。该逆变器的每相桥臂由一个T字型三电平拓扑和一个有源中性点箝位型三电平拓扑两部分组成,通过与有源中性点箝位型和层叠式多单元的七电平拓扑的对比,可以发现所提出七电平拓扑具有开关器件少、损耗低和控制策略简单等优点。首先对逆变器的电流传输路径及其工作模态进行了分析,阐述了七电平空间矢量调制的基本原理,使用选择冗余矢量的方法设计了可同时控制悬浮电容电压和中性点电压的综合控制器。最后使用搭建的仿真和实验平台,在不同调制度和功率因数条件下进行了仿真和实验研究,验证了所提出拓扑和控制策略的可行性与有效性。     

用于超级电容储能系统的三电平双向直流变换器及其控制

传统两电平DC-DC变换器开关器件承受电压应力高,输出电流纹波大。本文采用一种三电平双向直流变换器控制超级电容的能量流动,有效提高了超级电容充放电效率和输入电压等级。分析了三电平双向直流变换器的工作原理及其控制策略,在Matlab/Simulink平台上搭建仿真模型,验证了三电平双向直流变换器拓扑的优点,并实现了对直流网压、飞跨电容电压以及超级电容充放电电流的控制;样机实验表明了该变换器及其控制的合理性和有效性。     

阶梯充电自平衡开关电容多电平逆变器

针对传统多电平逆变器功率器件多、结构复杂等缺点,将开关电容技术应用于多电平逆变器拓扑,提出一种可扩展的模块化多电平逆变器。所提逆变器通过开关电容模块中的双电容阶梯充电与串联叠加以及模块的串并联转换,能够以较少的器件输出更多的电平,可以降低逆变器输出电压的谐波畸变率。逆变器不需要额外的电压平衡控制或电压平衡回路即可实现电容电压的自平衡,简化了逆变器调制策略,并且单电源输入的特点拓宽了其适用范围。逆变器具有升压能力,进一步简化系统升压环节,降低系统复杂性以及制造成本。文中给出了所提逆变器的拓扑结构、工作原理和调制策略,分析了电容参数,并对提出的逆变器拓扑进行对比研究。最后,在19电平逆变器原型机上进行广泛实验验证,结果与理论分析一致,验证了逆变器的可行性与调制策略的正确性。     

基于DSP的新型单相电流型多电平逆变器的研究

现有的多电平变换技术主要是针对电压型逆变器,但随着超导储能技术的发展,电流型逆变器的储能效率问题必将得到解决,电流型多电平逆变器也将得到广泛应用。本文提出了一类新型单相直接式电流型多电平拓扑,该类拓扑结构非常简单,所用开关器件和均流电感的数目非常少。文中分析了由该类拓扑组成的单相五电平、七电平变流器的工作原理,并将拓扑扩展到N电平的情况。针对所提出的单相五电平电流型逆变器,进行了仿真分析。最后根据实验情况,给出了一种用DSP产生控制信号的方法。五电平电路的仿真结果和实验波形验证了所提出拓扑的正确性和可行性。     

一种新型飞跨电容型Zeta多电平逆变器

该文提出一种新型飞跨电容型多电平逆变器,该逆变器由Zeta变换器进行演变推导而得,具有可升降压、电容可自均压、钳位器件少、拓扑延展性好等优点,克服了传统多电平逆变器在应用方面的局限性。该文首先介绍该逆变器的工作原理,并采用单极性载波相移调制策略,在不提高载波频率的基础上提高其等效开关频率,降低输出电压的总谐波畸变率。此外,对Zeta五电平逆变器的开关器件电压应力、电容自均压的实现、升降压能力和拓扑延展性能方面进行分析。所提逆变器采用PR调节器对其进行闭环控制,通过仿真对其可行性进行验证,且在理论分析和仿真证明的基础上,对Zeta五电平逆变器搭建一台实验样机,实验结果验证该理论分析及仿真结果的正确性,以及该逆变器具有良好的动静态性能。     

一种光伏发电用高增益多电平逆变器

针对传统的多电平逆变器存在有源器件数量较多、电容电压不平衡、结构复杂以及电压增益低的问题,提出一种降低器件数量且可扩展的多电平逆变器。该逆变器由开关电容单元和两个半桥组成,使用1个直流电源、3个电容、13个开关管,实现4倍电压增益和九电平交流输出电压。该逆变器通过2个半桥代替后端H桥转换输出电压极性,可以有效降低开关管总电压应力。在所提逆变器的扩展结构中,电容逐级充电的工作方式进一步提高了电压增益和输出电平数。首先,详细阐述了所提逆变器的工作模式、调制策略、电容分析、电压应力计算和电路参数设计。然后,与其他类似多电平逆变器进行了比较。最后,通过仿真与实验验证了所提逆变器的可行性和理论分析的正确性。     

采用开关电容/开关电感的多电平逆变器拓扑研究综述

多电平逆变器具有器件应力小、谐波含量少、等效开关频率低等优点,广泛应用于中高压大容量电能变换场合。该文对采用开关电容/开关电感的多电平逆变器进行分析总结,为构造具有器件数量少、电容电压/电感电流自平衡等特点的高性能多电平逆变器提供思路。文章首先介绍开关电容、开关电感基本单元的构成形式和工作原理,分别从直流侧和交流侧举出开关电容/电感与多电平结合的例子。根据电容/电感、串联/并联等对偶性,从可充当独立电压源的开关电容基本单元出发给出可充当独立电流源的开关电感基本单元,实现了对现有电流源型拓扑的优化。最后给出替代组合、对偶推广等构造新多电平拓扑的方法,并指出开关电容/电感谐振单元实现谐振软开关的思路。     

新型低电压应力的电容自均衡七电平逆变器

针对传统多电平逆变器存在的功率器件电压应力高以及电容电压平衡困难的问题,提出一种七电平逆变器拓扑。采用同相层叠脉宽调制策略,研究了开关电容技术与传统多电平逆变器结构的结合,实现七电平电压输出。所提七电平逆变器后端不使用全桥结构得到负电平,开关器件的电压应力小;电容电压能实现自均衡,无需使用传感器检测电容电压,避免了复杂的控制策略和额外的控制回路;可以工作在不同调制因数下;可通过级联来实现更多的输出电平。讨论了逆变器的工作原理、调制策略以及器件电压应力,设计了仿真与实验样机对理论分析结果进行了验证。     

新颖的高效级联型多电平逆变器

为了克服多输入源级联型多电平逆变器的输出电平数不易扩展和基于开关电容的多电平逆变器效率不高的缺陷,提出了一种新颖的高效级联型多电平逆变器,并深入研究了该逆变器的电路拓扑、控制策略、稳态原理特性和储能电容的参数设计等关键技术.该电路拓扑是由开关电容网络、"T"型逆变桥和输出滤波器级联构成;该控制策略采用带输入电压前馈的输出电压瞬时值反馈单载波SPWM控制,通过控制开关电容网络中的功率开关STi和逆变桥调制度分别实现母线电压的抬升和输出电压的稳定;分析了该逆变器的低频工作状态,并推导出了逆变器的外特性曲线.设计并研制的500 VA 115 VDC/220 V50 Hz AC级联型七电平逆变器实验样机具有功率器件开关损耗小、变换效率高、输出电平数易于扩展等优点,证实了所提出电路拓扑和控制策略的可行性与有效性.     

低应力高电平开关电容逆变器及其调制策略

为了提高可再生能源发电系统中逆变器的升压能力并改善输出电能质量,该文提出一种低应力高电平开关电容逆变器.所提拓扑使用1个直流电源、3个电容和15个开关器件实现4倍电压增益和十七电平交流电压输出.与其他拓扑相比,所提逆变器能以较少的开关器件产生更多的电平,有效地降低了逆变器的输出谐波含量;无需后端H桥即可实现逆变过程,有效地降低了开关器件的电压应力.此外,所提逆变器的电容电压纹波小,且电容电压自平衡的优点简化了控制器的复杂度.该文详细给出所提逆变器的拓扑结构、工作机理与调制策略,分析电容电压纹波计算,并与其他类似拓扑结构进行对比,最后通过实验证明了所提逆变器的可行性和理论分析的正确性.     

一种新型5电平拓扑逆变器的研究

近年来,随着高压大功率场合下电力电子装置应用的需求越来越多,同时对输出电压波形和控制精度也提出了很高的要求。于是,多电平逆变器因为其输出波形谐波量较小,开关元件承受电压小,输出电源质量好成为了研究的热点。但是传统多电平拓扑有各自的缺点,因此需要一种新型的5电平逆变电路拓扑,克服其缺点。通过融合飞跨电容电路特点,提出了一种新型5电平拓扑结构。然后通过分析电路的工作原理,提出了电路的控制及调制方法。最后通过仿真和硬件实验验证了电路可以在对电网输出有功功率的情况下稳定工作。表明该电路及其控制方法的实际应用价值。