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。     

大功率三电平逆变器开关动态特性在线测试方法研究

大功率逆变器的动态特性在线测试是电力电子逆变器的一个重要研究方向。多电平系统由于元器件多,结构复杂,其开关动态在线测试极为困难,但此工作对于设计、研制高性能逆变器系统,实现状态监测、故障预防,提高逆变器工作的可靠性有着重要的意义。该文研究大功率三电平逆变器开关器件的动态特性在线测试方法,提出多电平逆变器功率开关状态可测性的概念。所提的方法很好地解决了在线测试的几个关键问题,包括:海量数据的传输处理、全状态参数同步检测控制、功率器件开关过程的高速数据采样、系统状态参数的直接和间接的提取和推算等。在750kVA三电平变频调速系统上成功实现了各种负载工况下的实时在线测量。该文所讨论的开关特性在线测试方法和系统可有效扩展到三电平以上的多电平实时在线测试技术中。     

三电平逆变器开关管电压应力解决方案研究

三电平二极管钳位型桥式变流器是适应高电压、大功率应用环境比较好的方案。然而,三电平逆变器开关管在开通关断过程中普遍存在电压应力超标问题。为了解决上述问题,对三电平逆变器开关管应力进行分析后提出了开关管驱动保护电路,设计并优化了三电平的驱动波形。最后,在三电平逆变器实验平台上进行试验验证了该方法的有效性。     

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。     

两电平和三电平逆变器的新模块化似零电压软换流电路的分析和设计

提出了一个直流负总线辅助谐振电路(NBARC)与新型直流侧谐振电路镜像对称对模块设计, 用以实现两电平和三电平逆变器的软换流.NBARC的电路拓朴减少了功率器件的数目并降低了对器件的功率额定值的要求.为两电平逆变器零电压开关设计并分析了基本NBARC谐振电路,这个电路拓朴和模块设计方法被扩展到一个谐振模块镜像对称对电路,用以钳夹直流侧电压,并实现三电平逆变器的软换流.提出软换流允许在似零电压状态下实现,并分析了残余换流电压对于逆变器开关损耗的影响.模块方法允许软开关电路被设计成标准逆变器的可选附加块,可以把传统的逆变器转变为软开关逆变器.实验结果验证了电路分析和实现.     

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。     

一种四管动作的高压大功率三电平变流器双脉冲测试方法

多电平逆变器适用于高压大功率的应用场合,但其结构复杂,所需的功率开关器件众多,给电路的设计和性能测试带来很多新问题。为了测试各开关器件的电压电流应力、缓冲电路抑制电压尖峰的效果和层叠式复合母排的性能,该文针对一台高压大功率二极管箝位型三电平变流器,提出一种四管动作的双脉冲测试方法,该方法不同于用常规的斩波电路进行双脉冲测试,而是在实际装置中进行,能够模拟变流器正常工作时的所有换流模态,更真实地反映各功率开关器件的动态特性。若双脉冲的时序和脉宽设计不当,功率开关器件会出现非正常的换流模态和很大的关断过电压,过大的关断过电压可能导致器件失效。该文深入研究了产生过电压的原因并得出故障时封锁脉冲的时序。该文研究成果为二极管箝位型三电平全桥电路的测试提供了有效手段,对于设计可靠的三电平变流器具有理论和现实意义。     

一种适用于大容量中点钳位型三电平逆变器的绝缘栅双极型晶体管吸收电路研究

绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT),关断过压问题始终是设计者亟待解决的主要问题。单单依靠合理的多层复合母排设计不足以消除中点钳位型(neutral point clamped,NPC)三电平IGBT逆变器大换流路径杂散电感所引起的IGBT关断电压尖峰。因此,必须设计有效的IGBT吸收电路。该文将Undeland吸收电路在NPC三电平逆变器中进行扩展应用,结合NPC三电平逆变器运行模式,详细分析LRCD吸收电路工作原理。研究LRCD吸收电路与逆变器电路性能之间的定量关系与影响,给出了数学表达式,提出吸收电路参数设计原则。通过仿真与实验验证了分析与参数设计的正确性。将LRCD吸收电路成功应用于1.4MW级NPC三电平逆变器原理样机。研究结果表明,LRCD吸收电路在NPC三电平逆变器中实现了主开关器件IGBT和钳位二极管的"软"开通与"软"关断,通过对吸收参数的合理设计能够定量的控制主开关管的开通电流的变化率(di/dt)和关断电压的变化率(dv/dt),有效抑制开关器件的关断过压尖峰,优化开关管的瞬态特性。该吸收电路适合大容量NPC三电平IGBT逆变器应用。     

一种新颖的多电平逆变器无源无损吸收电路

重点研究了多电平逆变器无源软开关技术,即无源无损吸收技术,提出了一种多电平变换器无源无损吸收基本单元,针对其不足,进行适当的改进,获得了一种低电压应力的多电平无源无损吸收单元,文中详细地讨论了其工作过程和设计要点。该吸收单元理论上可以应用到三相系统和任意n电平。最后建立了一台二极管箝位型三相三电平无源软开关逆变器,进行了仿真和实验研究。结果表明,所提出的多电平无源无损吸收电路,不仅能使多电平逆变器以低电压应力实现功率器件的软开关,而且电路拓扑和控制简单,具有工程实用性。     

新型双向串联型Z源NPC三电平逆变器

传统Z源逆变器启动冲击电流大、不具备能量双向流动能力、存在非正常运行状态、输出电压电平数少。针对上述问题,提出双向串联型Z源NPC三电平逆变器。将串联型Z源网络与NPC三电平逆变器结合,内在抑制启动冲击电流;在阻碍能量回馈的二极管反并联全控开关管,流过全控开关管的电流能够反向流动,进而维持直流链峰值电压稳定,消除非正常运行状态。仿真结果表明：配合软启动策略,改进型拓扑能实现无冲击启动;具备能量双向流动能力;低功率因数时,正常运行;输出线电压电平数增加为5。