一种混合级联多电平逆变器的混合调制

本文研究了一种二极管箝位型混合级联型多电平逆变器的混合调制方法。逆变器由一个二极管箝位型逆变器和一个H桥单元级联组合而成,每个单元采用不同的独立直流电源,此结构还可以扩展到与多个H桥单元级联。相较于传统级联型多电平逆变器,在输出相同电平的情况下,这种逆变器使用较少的开关器件和较少的独立电源即可实现,从而简化了电路,降低了成本。由于使用了混合调制方式,可以使二极管箝位型逆变器工作在低频状态,而传统H桥逆变器工作在高频状态,从而可以在不同逆变器中使用不同的开关设备,并可以有效避免功率倒灌现象的发生。     

串联型H桥级联多电平电压扰动发生器

提出了一种串联型H桥级联多电平电压质量扰动发生器主电路拓扑,由低频级联H桥和高频H桥模块构成。该拓扑是一种混合串联型结构,系统电源提供大部分基波功率,低频H桥逆变器只输出基波和低频波动闪变波形,高频模块输出所有谐波电压波形,从而实现电压扰动解耦控制,保证电压扰动的精度和响应速度。利用现场可编程逻辑门阵列(FPGA)实现级联H桥逆变器的载波移相控制,同时完成对谐波模块的独立控制。制作了一套单相低压实验样机进行实验分析,实验结果表明主电路拓扑及控制策略能够良好地实现可控电压质量扰动发生。     

基于开关电容的单电源升压型多电平逆变器

通过开关电容技术与非对称级联H桥的有机结合,提出一种具有升压能力的单电源多电平逆变器。分别在两个级联H桥的直流侧嵌入1个低压和1个高压开关电容单元,该逆变器使用4个电容器便可产生17种电平输出。在2个级联H桥之间添加一个双向开关,实现了两个开关电容单元同时由一个直流电源供电。由于输出电平数多,该逆变器在低频调制下便可减少输出电压的谐波含量和系统的开关损耗。此外,电容器在1个输出电压周期内多次被直流电源充电,使其电压自动实现平衡。文中采用最近电平逼近法对该逆变器进行调制,并对输出电压谐波和电容电压纹波进行详细分析,最后通过实验验证该逆变电路的可行性和理论分析的正确性。     

一种改进的级联型多电平变换器拓扑

该文提出了一种改进的级联型多电平变换器，它可以由任意个H-桥单元级联构成。其中的H．桥可以是两电平，也可以是二极管箝位型或电容箝位型的任意电平，不同单元采用不同的独立直流电压源。相对于传统的级联型拓扑，在得到相同输出电平的情况下，新拓扑可以使用较少数量的开关器件和较少数量的独立电压源，从而简化电路，降低成本。该文以两电平H-桥(2-H)和飞跨电容型三电平H-桥(3-H)级联构成的拓扑为例进行了分析研究和仿真验证。     

基于谐波注入法的级联型逆变器谐波消除研究

为了减小H桥级联多电平逆变器输出电压波形中的低次谐波含量,对通过控制各H桥开关角实现级联逆变器谐波消除的方法进行了深入研究。针对解方程组消除特定谐波中高次多变量方程组难于求解的问题,提出一种基于谐波注入法消除谐波的方法。其以等面积法和谐波注入为基础,利用该方法,不论多少阶梯电压波形,仅需解几个简单的方程和进行数次迭代就可以有效减小各次谐波。最后在五H桥级联型逆变器上进行仿真与实验研究,结果验证了本文所提方法的正确性。     

一种二极管箝位级联拓扑在直驱风电系统中的应用研究

随着风电机组单机容量的不断增大,多电平变流器的应用得到了广泛关注。采用的二极管箝住五电平级联H桥拓扑,结合了二极管箝位型多电平和级联H桥多电平的优势,需要较少的箝位二极管和独立直流电源,即可进一步提高输出电压等级,使用移相变压器和12脉波整流器作为输入电路,对其在使用多相永磁同步发电机的直驱风电系统中的应用进行了初步探索。基于拓扑提出了消谐波SPWM和载波相移SPWM相结合的调制方法,能够方便地对二极管箝位级联拓扑进行控制,可以进一步提高等效载波频率,降低器件损耗和滤波器体积。仿真和实验结果证实了所采用的拓扑及其控制方法的有效性。     

级联H桥逆变器差补调制方式的研究

详细介绍了单个H桥及级联型逆变器的结构,并对正弦差补调制方式控制下H桥的输出电压进行了详细的谐波分析。差补调制方式控制的H桥能够输出3种电平,能够消除大部分低次谐波及所有的偶次谐波,主要谐波频带远离基波,且范围是两电平的2倍。多个H桥级联后的系统输出具有良好的谐波特性,无需滤波即可直接作用于电机。仿真结果和理论分析一致。     

基于电容箝位五电平H桥的逆变器应用

为研究基于电容箝位五电平H桥逆变器的应用,以电容箝位5电平H桥构成三相逆变器,结合电容箝位3电平和常规H桥电路的优点,并采用消谐波PWM和载波相移PWM相结合的调制策略,对所采用的逆变器拓扑及其控制策略的有效性进行了仿真和实验验证。结果表明:所采用的逆变器拓扑可以方便地得到5电平输出,提高了输出电压和功率等级;所采用的控制策略能够有效提高等效载波频率,降低滤波器的体积和容量;两种调制方法的结合可发挥各自的优势,使控制灵活、实现简单。     

自消除中点电位波动的NPC三电平并联有源滤波器

并联有源电力滤波器是电网中谐波治理的一个重要组成部分。二极管箝位式(NPC)三电平并联有源电力滤波器适用于大功率,高电压场合的电流谐波补偿。为了解决传统的NPC三电平并联有源电力滤波器结构中,中点电位波动的问题,提出了一种自消除中点电位波动的NPC三电平并联有源滤波器结构,即在直流侧中点和三相桥臂中点之间串入一个可控电压源,通过控制可控电压源的输出电压的大小,对中点电位的波动进行实时的补偿。仿真的结果证实了提出的新型的并联有源滤波器结构能够有效的消除中点电位波动,且系统的动态性能良好,具有较高的实用价值。     

一种具有高性价比的五电平逆变器拓扑

为了提高五电平逆变器的性价比,在分析传统五电平逆变器拓扑的基础上,重组H桥级联结构与中点电位结构,只增加一个功率开关管构成辅助开关,跨接一个H桥与两个直流电压源,提出一种新型五电平逆变器拓扑。通过不同的开关组合,进而得到五电平输出电压。对H桥级联型五电平拓扑与新型拓扑的结构及输出性能进行了对比分析,仿真与试验结果表明:在输出相同电平的情况下,新型拓扑单元性价比高,验证了新型拓扑的正确性与有效性。     

Multilevel DC-link inverter

This paper presents a new class of multilevel inverters based on a multilevel dc link (MLDCL) and a bridge inverter to reduce the number of switches, clamping diodes, or capacitors. An MLDCL can be a diode-clamped phase leg, a flying-capacitor phase leg, or cascaded half-bridge cells with each cell having its own dc source. A multilevel voltage-source inverter can be formed by connecting one of the MLDCLs with a single-phase bridge inverter. The MLDCL provides a dc voltage with the shape of a staircase approximating the rectified shape of a commanded sinusoidal wave, with or without pulsewidth modulation, to the bridge inverter, which in turn alternates the polarity to produce an ac voltage. Compared with the cascaded H-bridge, diode-clamped, and flying-capacitor multilevel inverters, the MLDCL inverters can significantly reduce the switch count as well as the number of gate drivers as the number of voltage levels increases. For a given number of voltage levels m, the required number of active switches is 2/spl times/(m-1) for the existing multilevel inverters but is m+3 for the MLDCL inverters. Simulation and experimental results are included to verify the operating principles of the MLDCL inverters.     

基于二极管钳位五电平技术的LCL型感应电能传输系统谐波分析

感应电能传输(IPT)系统通常采用单相全桥逆变器作为交流电源,受功率半导体器件容量和成本限制,输出功率受限。为实现IPT系统的大功率输出,将二极管钳位五电平逆变技术应用到IPT系统中,并详细分析二极管钳位五电平逆变技术在IPT系统中的工作原理。利用逆变器输出电压的傅里叶级数表达式及电路拓扑,建立基于谐波与移相角、脉宽的关系表达式,得到五电平逆变器的最优工作点。与全桥逆变拓扑相比,所提控制策略能消除逆变器输出电压的3次、5次谐波,降低电压谐波总畸变率,同时增加IPT系统的输出功率。最后,构建一个五电平IPT的实验系统,实验结果验证了该方法的正确性与有效性。     

10kV链式STATCOM的研究与设计

针对高压10kV供电系统,详细介绍了链式静止同步补偿器(STATCOM)装置结构,该装置采用级联H桥逆变器模块作为主拓扑,该结构具有逆变器输出电压等级高且谐波含量少等优点。同时设计了级联H桥逆变单元参数,采用单极倍频CPS-SPWM调制技术,控制各开关器件的脉冲,实现对链式多电平STATCOM装置的控制。最后,搭建STATCOM实验样机,试验证明文章所述理论的有效性、正确性和优越性。     

直流电压不等级联型逆变器一维矢量调制研究

H桥级联型多电平逆变器由于具有良好的输出波形得到广泛运用,对直流电压相等的H桥级联型逆变器,当H桥直流电压由于功率元器件差异或运行过程中负载瞬时突变等出现不等或波动时可能引起输出电压、电流波形变化,各H桥输出功率不等,严重时甚至损坏变频器.对于H桥级联型多电平逆变器传统的控制方式都是建立在H桥直流电压相等的前提下,研究了H桥直流电压不等的情况,提出了适合直流电压不等的一维矢量调制技术和直流电压不等时实现H桥等功率输出的一维矢量调制.提出的方法在两单元级联型变频实验装置上进行了验证.     

一种混合级联型多电平逆变器拓扑结构

在交流电动机调速领域,大容量多电平变换器的应用越来越广泛,为了改善系统性能,各种各样的多电平拓扑结构被提出.本文提出了一种新颖的混合级联式多电平拓扑结构,该结构将传统的H桥逆变器(主逆变器)和二极管钳位型三电平逆变器(从逆变器)结合起来,串联为电动机供电,而这其中仅仅只有主逆变器需要电压源.这种新型的拓扑结构由于增加了从逆变器作为辅助单元用于能量存储,可以提高系统的效率,一定程度上实现电动机的四象限运行.相比传统的H桥逆变器,该拓扑可以减少输入电压源的数目;当电动机以稳定速度运行时,从逆变器可以为负载提供无功能量.该拓扑结构在电力机车和大型舰船推进系统等领域有着广泛的应用前景.     

DC–AC Cascaded H-Bridge Multilevel Boost Inverter With No Inductors for Electric/Hybrid Electric Vehicle Applications

This paper presents a cascaded H-bridge multilevel boost inverter for electric vehicle (EV) and hybrid EV (HEV) applications implemented without the use of inductors. Currently available power inverter systems for HEVs use a dc–dc boost converter to boost the battery voltage for a traditional three-phase inverter. The present HEV traction drive inverters have low power density, are expensive, and have low efficiency because they need a bulky inductor. A cascaded H-bridge multilevel boost inverter design for EV and HEV applications implemented without the use of inductors is proposed in this paper. Traditionally, each H-bridge needs a dc power supply. The proposed design uses a standard three-leg inverter (one leg for each phase) and an H-bridge in series with each inverter leg which uses a capacitor as the dc power source. A fundamental switching scheme is used to do modulation control and to produce a five-level phase voltage. Experiments show that the proposed dc–ac cascaded H-bridge multilevel boost inverter can output a boosted ac voltage without the use of inductors.      

带储能单元的新型多电平逆变器及其控制算法

为了提高高压大容量变频器的性能,各式新型多电平变换器拓扑结构纷纷被提出。本文将传统的二极管钳位型三电平结构(从逆变器)与H桥级联型结构(主逆变器)相结合,提出了一种带储能单元的新型混合多电平逆变器拓扑结构。在该拓扑中,只有主逆变器是需要电源供电的,而从逆变器则不需要电源供电,其母线直接连接在悬浮的超级电容上。从逆变器可以作为能量存储装置,实现电机制动能量的存储再利用,提高系统的效率;在动态过程中,悬浮电容的电压可以通过一定的控制算法始终保持稳定。本文通过仿真和初步的实验验证了该拓扑及其控制算法的可行性。该拓扑结构有着广泛的应用前景,尤其是在电力机车和舰船推进等需要频繁启制动的独立电源系统中。     

Sinusoidal Pulse-width Modulated Three-phase Multi-level Inverter Topology

Abstract—This article presents a sinusoidal pulse-width modulated three-phase multi-level inverter topology. In this configuration, the basic two-level, three-phase inverter is modified to synthesize higher voltage levels by the insertion of two auxiliary switches per phase leg. The multi-level inverter configuration generates output voltage levels similar to the corresponding well-known conventional diode-clamped flying capacitors and cascaded H-bridge inverters but with fewer power circuit components and more simplicity. For output voltage and frequency variations demanded by such applications as variable-speed drives, active power filters, photovoltaic power conversions, etc., the sinusoidal pulse-width modulation technique is employed in the generation of the gating signals for the proposed three-phase multi-level inverter. A balanced three-phase R-L load is applied at the inverter output terminals, and the inverter performance is compared with that of other sinusoidal pulse-width modulated conventional multi-level inverter configurations. The validity of the proposed multi-level inverter topology and the modulation scheme are verified through simulations and experiments.