T型三电平与两电平功率开关器件损耗计算与分析

研究两种逆变器拓扑的功率开关器件损耗,通过器件特征参数,建立一种同时考虑工作电压、驱动电阻和结温的简单曲线拟合方法,推导出三次谐波注入调制算法下T型三电平和两电平拓扑的损耗计算模型,发现损耗与调制系数、开关频率、功率因数角、输出电流有关。在相同逆变工作条件下,当开关频率大于6.8 kHz时,在全电流范围内可使得T型三电平拓扑比两电平拓扑损耗更小,发挥其三电平优势。该损耗研究理论可推广至其他拓扑结构,为并网逆变器设计、效率提升奠定基础。     

永磁直驱风力发电系统中两电平与三电平变流器比较

永磁直驱风力发电系统在低压等级下多采用两电平变流器并联运行,而在中压等级下采用三电平变流器较为合适.从系统输出性能和损耗2个方面对两电平与三电平变流器在永磁直驱风力发电系统中的应用进行了综合比较.建立了变流器功率器件和滤波电感的损耗模型,根据两电平和三电平变流器的工作原理,得出了一套实用的损耗计算公式.仿真和实验结果表...     

永磁直驱风电变流器功率器件损耗分析

永磁直驱风力发电系统在低电压等级下多采用两电平变流器并联运行,而在中压等级下采用三电平变流器较为合适.在分析绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块损耗的基础上,根据两电平和三电平变流器的工作机理,建立了一套考虑结温效应的变流器损耗计算公式.对永磁直驱风力发电系统中并联两电平和三电平变流器的损耗进行了对比分析,分析结果表明,相对于并联两电平结构,三电平变流器的总损耗可减少27％.实验验证了三电平变流器功率器件开关状态的正确性,损耗分析为MW级风力发电系统中三电平变流器散热设计奠定了基础.     

一种碳化硅与硅器件混合型三电平有源中点钳位零电压转换软开关变流器

该文提出一种碳化硅与硅（SiC&Si）器件混合型三电平有源中点钳位零电压转换（3L-ANPC ZVT）变流器拓扑。该拓扑中每相主电路采用两个SiC MOSFET器件工作在高频,其余主电路开关为Si器件工作在低频,通过辅助电路使得SiC器件工作在ZVT软开关条件下,进一步降低SiC MOSFET高频开关损耗和开关应力。拓扑中辅助电路开关采用Si器件且仅在主器件换相过程工作,具有额定电流小且无开关损耗的特点。该文首先介绍该软开关变流器的电路拓扑结构和工作原理,并给出辅助电路参数的优化设计过程。然后基于双脉冲测试数据对变流器进行损耗建模,分析对比不同开关频率下硬开关和软开关有源中点钳位三电平变流器的损耗分布和效率变化,揭示所提出的软开关变流器拓扑在高开关频率下可以有效改善变流器的效率。最后通过搭建的单相变流器实验平台验证上述分析结论的正确性。     

新型中点钳位三电平电池储能变流器设计及控制系统

基于新型中点钳位(A-NPC)拓扑结构的三电平变流器可以提高输出电压波形质量,有利于降低绝缘栅双极型晶体管(IGBT)耐压,以减小开关器件成本、IGBT损耗和电感损耗,来提高系统整体效率,因此在电力储能领域具有广泛的应用前景。基于A-NPC三电平拓扑结构,设计了电池储能变流器主电路,开发了变流器系统控制器软硬件,研究了变流器中点电压控制机理。样机实验结果表明:所搭建的A-NPC三电平电池储能变流器系统运行良好,与当前储能系统常用的两电平拓扑相比,在略微增加综合成本的基础上,实现了输出电流波形畸变小和输出电流谐波小、效率高等特点,应用在储能系统中,获得了很小的稳态总谐波畸变率和非常好的功耗特性。     

大功率三电平中点箝位变流器损耗特性分析

随着大功率变流器容量的提升,功率器件的损耗也逐步增加,从而导致系统的散热及可靠性问题变得更加突出。本文分析了基于IGCT器件的三电平中点箝位变流器各部分损耗的理论计算方法。考虑高压大电流条件下器件电压及电流谐波含量对损耗计算的影响,本文通过电压及电流瞬时值计算功率器件通态损耗、开关损耗,以及缓冲电路损耗,实现变流器系统损耗的准确计算,为大功率变流器不同拓扑结构和调制策略的效率优化分析打下基础,也为系统散热设计提供参考基准。基于负载功率自循环老化原理,本文通过仿真和实验验证损耗计算模型及仿真平台的正确性和有效性,在工程实践上具有一定的实用性。     

使用SiC开关的两电平和三电平逆变器损耗与效率分析

针对使用碳化硅的两电平和三电平逆变器,首先阐述了逆变器的损耗组成及碳化硅材料的MOSFET和二极管的损耗计算方法;进而分析了两电平和三电平逆变器的导通规律及损耗计算方法;最后结合工程实际应用,从开关损耗、导通损耗、效率等方面对两电平和三电平逆变器进行比较。所得结论为两电平的导通损耗小,而三电平的开关损耗小,在开关频率较高的场合下三电平逆变器比两电平逆变器的总损耗小、效率高。     

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。     

基于T型三电平变流器的超导磁储能系统及其能量成型控制策略EI北大核心CSCD

基于T型三电平拓扑的变流器结合了传统两电平和三电平变流器的优点,可以改善并提高系统的输出特性和运行效率,有效降低功率开关管的电压应力和导通损耗。超导磁储能（superconducting magnetic energy storage,SMES）系统拥有很高的功率密度,作为新型储能装置应用于电力系统是未来的必然趋势。提出了一种基于T型三电平变流器的新型SMES拓扑结构,针对其运行过程中的非线性特性进行了端口受控哈密尔顿建模,并设计了SMES基于反馈互联结构的能量成型控制策略。仿真结果表明,基于能量成型控制及T型三电平拓扑的SMES具有较小的谐波畸变率和很好的功率跟踪性能。将其应用在风力发电系统中,有效平抑了风电波动,增强了风电场的并网能力。     

基于三电平拓扑的两级式储能变流器控制策略

随着电网中分布式可再生能源的渗透率不断增加,微电网的应用引起了广泛的关注.储能变流器作为微电网中的重要组成部分,在其运行管理中发挥着关键的作用;然而,常见的单级式储能变流器输入电压范围窄、适用范围小,两电平储能变流器则具有器件承受大、设备体积大的缺点.为了解决上述问题,提出一种基于三电平拓扑的两级式储能变流器的控制策略...     

一种交错并联反激式三电平DC-DC变换器

本文在传统反激变换器基础上,引入三电平技术,并针对传统反激三电平DC-DC变换器电源两端并联的分压电容不均压的问题,提出了一种交错并联反激式三电平DC-DC变换器。该变换器具有电路拓扑简洁,输出只需电容滤波,减小输出滤波器,提高了变换器功率密度等优点。深入分析了该变换器的工作原理及工作过程,推导了其输入输出关系,和传统的反激两电平变换器相比,可以得出该并联交错三电平反激变换器能减小输出电容,降低功率开关管电压应力等结论。最后设计了闭环控制策略,并基于saber对电路进行仿真,验证了该拓扑的正确性和输出电容小、功率开关管电压应力低等特点。     

Buck-Boost式三电平单级AC/AC变换器

提出了Buck-Boost式三电平单级AC/AC变换器电路拓扑,该变换器适用于高压场合,具有开关管的电压应力低、单级功率变换、变换效率高、三电平波形、实现升降压输出、输出电压THD较小、负载能力强等优点。该变换器的开关管电压应力是两电平的1/2,大大降低了在高压场合对开关管的电压应力要求。同时,研究了适用于该变换器的电压瞬时值反馈控制策略,该策略能够快速响应输入及输出电压的变化;并根据输出电压、电流的极性,分析了该变换器负载时的四种工作模式;以及该三电平变换器在CCM和DCM模式下的输入输出特性和外特性。实验结果充分证实了该变换器的正确性和先进性。     

一种双向隔离三电平DC-DC变换器电流有效值最小控制方法

针对双向隔离DC-DC变换器在传统"两电平H桥结构+移相控制"模式下进行功率传输所导致的开关器件承受电压应力大、变换器传输效率低等问题,提出一种"双边三电平半桥结构+电流有效值最小控制策略"方案。该方案将H桥结构替换为三电平半桥结构并在传统移相控制的基础上增加对变压器漏感电流有效值的控制,降低了变换器损耗和开关器件承受的电压应力并提高了变换器的传输效率。根据隔离变压器漏感电流有效值表达式与零电压开关条件,对电感电流有效值最小控制方法的控制曲线进行了详细推导,并根据该控制曲线设计了基于可编程逻辑器件的控制核心。采用新型Si C MOSFET开关器件搭建了物理实验平台。实验结果表明在所提方案的作用下开关器件所承受的电压应力、变换器损耗和变换器传输效率都得到了较大的改善,验证了理论分析的正确性和所提方案的可行性。     

基于MPPMSG及混合式3L变流器的新型风电变换系统的设计和比较

在MW级大功率直驱风电系统中,发电机出口电压等级经常采用较低的690V,因此额定电流等级比较高,这对于全功率变流器设计是不利的.常规的解决方案是采用传统的两电平变流器并联来分摊容量,但是这是一种效率不高的解决方案.相比之下,多电平变流器具有较高的效率以及优越的谐波性能,只是在低压应用中半导体成本很高,而且还存在电容电压...     

三电平和两电平逆变器效率分析与比较

在分析、计算二极管箝位型三电平逆变器和两电平逆变器的通态损耗、开关损耗以及输出滤波电感损耗的基础上,对这两种逆变器的损耗、效率进行了比较。     

采用次级辅助网络的零压零流PWM三电平变换器

该文提出一种新型的ZVZCSPWMTL直流变换器，在变压器的次级侧增加一个辅助绕组，其辅助电压为滞后管创造零电流条件，较好地解决了滞后管轻载下软开关难的问题。新的主电路拓扑减小了功率器件的电压应力。辅助电路没有使用有源开关和有损元件，具有简单高效低成本的优点，特别适用于高电压大功率的场合。该文分析了该变换器各时段的工作原理，并提供了设计参考和实验结果(4kw实验样机)。     

整流器功率平衡的多级串联高压变频器

现有实用的中高压变频器方案包括功率开关直接串联的两电平逆变器、单相逆变器的多级串联变频器、三相直接输出的三电平逆变器。该文提出一种整流器功率平衡的多级串联高压变频器,即一个整流器负担三个对称的单相交流电压输出,相位相同的单相逆变器通过变压器次级串联,构成一相高压交流输出。整个电路由网侧工频降压变压器、整流器与逆变器阵列、载侧高频升压变压器构成。串联级数为N的多级串联高压变频器包括N个整流器和3N个单相逆变器。该文分析这种变频器的拓扑构成和载波移相调制原理,并利用MATLAB/SIMULINK给予仿真分析,所得结果表明,所提出的多级串联高压变频器具有可行性和低成本。     

A single-phase three-level pulsewidth modulation AC/DC converter with the function of power factor corrector and active power filter

A single-phase three-level pulsewidth modulation (PWM) AC/DC converter with the function of power factor corrector and active power filter is proposed to reduce harmonic currents flowing into the power system and to draw a nearly sinusoidal current with unity power factor. The circuit topology of the adopted three-level PWM AC/DC converter is based on a conventional two-level full-bridge rectifier and one AC power switch. The control signals of the power switches are derived from the voltage balance compensator, current controller and detected operation region of mains voltage. A three-level PWM voltage pattern on the AC side of the converter in each half cycle of mains frequency is generated. Computer simulations are implemented to confirm the operation of the adopted converter with the function of power factor corrector and active power filter.     

UPS中三电平逆变器分析与设计

由于三电平逆变器可以提高输出电压波形质量,降低开关管耐压和减小电感损耗,因此在大、中、小功率场合得到了越来越广泛的应用.以三电平逆变器的最常用拓扑--二极管箝位型三电平逆变器拓扑为研究对象,结合它在不间断电源(UPS)中的具体应用,详细分析了其工作原理,并建立了其基本数学模型.依据得到的数学模型设计了解耦控制器,从而可以完全按照两电平逆变器的控制器来设计三电平逆变器的控制器.实验结果证实了理论分析和控制器设计的正确性.