单相高频链逆变器的解结耦单极性移相调制及其死区优化

单相高频链逆变拓扑由高频变压器、一次侧高频逆变器、二次侧矩阵/周波变换器和输出滤波器构成,既有隔离型功率变换及能量双向流动的优点,也有双向开关换流控制难度高的缺点。针对此拓扑提出一种解结耦单极性移相调制策略,能够无需借助辅助电路与功率管的重叠换流技术,即可实现周波变换器中所有功率管的零电压开关(ZVS)自然换流及滤波电感无过电压冲击自然续流。在此基础上,研究了一种优化死区设置方法,有效地改善了单极性移相调制策略存在的输出电压过零点邻域畸变问题,弥补了死区效应所导致的输入电压利用率低以及输出电压谐波含量大的缺点。理论分析、仿真及实验验证了所提解结耦单极性移相调制策略及优化死区设置方法的可行性和有效性。     

直接变换式三相–单相矩阵变换器的电流型解结耦矢量调制策略

为进一步丰富矩阵变换器的调制策略,针对直接变换式三相–单相矩阵变换器拓扑的特点,提出一种新型的电流型解结耦矢量调制策略,即解结耦调制和基于期望的输入电流12扇区划分的电流型空间矢量调制策略相结合的调制策略。所提策略运用解结耦思路以常规的单向可控开关变换器的角度分析和控制双向开关构成的矩阵变换器;通过改进空间矢量的合成顺序,使得矩阵变换器能够实现高频、工频交流脉冲输出与正、负直流输出。仿真和实验结果相一致,均验证所提出的解结耦电流型矢量调制策略的可行性和正确性。     

三相高频链矩阵式逆变器的HPWM调制策略原理与实现

安全换流是制约矩阵式变换器实用化的关键问题,高频链与矩阵变换器相结合时,高频变压器环节更为换流增添了复杂因素。本文就三相高频链矩阵式逆变器的换流问题展开研究,针对电路拓扑的结构特点,运用解结耦思路以常规逆变器的角度分析和控制矩阵变换器,提出一种新型无谐振的混合脉宽调制策略,构建了核心的调制组合逻辑,详细分析了变压器高频交流周期内变换器的工作状态。运用该调制策略可以在没有任何辅助检测环节的条件下有效解决双向开关固有的换流问题,且能实现开关零电压或零电流动作。仿真和实验一致验证了所提出的调制方案和所设计的实现逻辑是可行与实用的。     

单相高频链矩阵逆变器解结耦SPWM策略及实现

单相高频链矩阵式逆变器由直流输入侧单向开关H桥逆变器、高频变压器和交流输出侧矩阵变换器三部分构成。针对矩阵式变换器如何实现阻感性负载安全换流的关键问题,结合研究对象拓扑结构的特点,运用解结耦分析思想,提出一种新的解结耦SPWM调制策略。文中阐述了该方案协调工作的控制原则,设计了相应的开关组合逻辑,详细分析了SPWM高频开关工作周期内电路的工作模态,总结了其切换规律,进行了相关的软件仿真和实验验证。研究结果表明,该策略可较为有效地解决高频链矩阵式逆变器的阻感性负载换流问题,且可以实现软开关动作,验证了调制方法和控制逻辑的可行性与有效性     

单相电流源型高频链矩阵式PET及解结耦调制

提出一种单相电流源型AC/AC高频链矩阵式电力电子变压器PET（power electronic transformer）拓扑,通过采用高频变压器进行磁耦合及功率传递,使用电流源型电路拓扑实现输入输出的电压变换,其变压器原边采用LC滤波器及矩阵变换器结构,而副边采用矩阵变换器及CL滤波器结构。为使矩阵变换器双向开关合理工作,提出一种前级单极倍频正弦脉宽调制SPWM（sinusoidal pulse width modulation）与后级混合脉宽调制HPWM（hybrid pulse width modulation）相结合的解结耦调制策略,对前级双向开关管进行整体式驱动,对后级双向开关管进行分立式驱动。为了拓宽电力电子变压器的变换特性,对其调制策略进行了变压、变频验证。在对调制原理和主电路工作状态分析的基础上,仿真验证了所提拓扑和调制策略的有效性及可行性。     

单相高频链矩阵变换器调制策略研究

针对单相高频链矩阵变换器阻感性负载安全换流问题,提出了正弦脉宽调制(SPWM)常规调制策略和SPWM混合调制策略两种解耦分时驱动策略,这两种策略均改变了矩阵变换器双向开关管共用一个驱动信号的方法。通过对比,突出了SPWM混合调制策略的优点,该策略无需检测负载电流极性,容易实现一步自适应换流,可有效抑制开关管电压浪涌,解决了双向开关管安全换流的难题。最后,利用Matlab软件建立了仿真模型,并搭建了实验平台,仿真和实验结果验证了SPWM混合调制策略的优越性。     

输入非平衡条件下矩阵变换器两种电流偏置角调制策略的谐波分析

通过对矩阵式变换器中9个双向开关的逻辑控制,可实现其电压和频率的变换。依据输入非平衡、输出平衡时矩阵变换器的工作原理,用Matlab建立输入非平衡时矩阵变换器分别采用输入电流偏置角固定和输入电流偏置角动态调整两种空间矢量调制策略仿真模型。仿真结果和频谱分析表明：与输入电流偏置角固定的调制策略相比,输入电流偏置角动态调制法策略能有效减少输入电流谐波。     

基于解结耦调制高频链矩阵式并网逆变器控制

针对矩阵式高频链逆变器并网控制系统进行研究。首先基于解结耦调制思想,将正组、负组逆变器结合到一起考虑,建立矩阵式高频链逆变器的数学模型,并与传统三相桥式逆变器的数学模型进行比较,从数学分析的角度验证矩阵变换器是两个逆变器的耦合。然后根据所建解结耦调制矩阵变换器数学模型,设计并网逆变器比例积分(PI)电流闭环控制系统。最后,将PI电流闭环控制系统与解结耦调制方法相结合,设计矩阵式并网逆变器控制系统。Simulink仿真和实验室硬件实验结果表明,设计的矩阵式并网逆变器并网控制系统可行。     

不平衡电网下三相四桥臂高频链矩阵整流器及其解结耦鞍型波脉宽调制方法

为提高三相高频链矩阵整流器在不理想电网下的适用性,提出一种三相四桥臂高频链矩阵整流器拓扑,其在电压型三相三桥臂高频链矩阵整流器的基础上引入第四桥臂,旨在给输入不平衡的电流提供零序电流通路,进而提高其适用于不平衡电网的能力。为提高直流电压利用率,减小输入电流谐波,针对所提拓扑提出一种面向双向开关的数字实现式解结耦鞍型波脉宽调制(SAPWM)方法,其算法简便、灵活性强。为论证所提拓扑可分解为三个独立的单相高频链矩阵整流器,提出一种通过观测交流侧滤波电感两端电压波形来进行分析的新思路。最终实现了在电网电压一相跌落条件下仍能输出稳定的直流电压,输入电流谐波含量低且功率因数高。仿真和实验验证了所提拓扑及理论分析的可行性和有效性。     

高频链三相矩阵式正弦波变换器研究

针对高频链矩阵式三相正弦波变换器,提出一种新的控制策略。该方法由前端逆变器将直流电源变换为高频交流等宽方波电压(单相14.28kHz),经变压器高频耦合;后端矩阵变换器(matrix converters,MC)(3×2矩阵)的双向开关采用解耦分时驱动。控制电路将常规的正弦脉宽调制(sinusoidal pulse width modulation,SPWM)信号进行适当的逻辑处理,作为MC新的驱动信号,该信号保留了SPWM信号的全部信息,其频率是载波的1/2。MC产生三相常规单极性与载波频率相等的SPWM脉冲序列,保留了SPWM模式的所有特性,滤波后得到三相交流输出。该策略MC可实现倍频效果、双向开关自然换流,且无须检测负载电流的极性;克服了该变换器中固有的电压、电流过冲,简单易于实现。分析工作原理,仿真及220V/50Hz 3.3kW实验样机验证了方案的正确性。     

高频链逆变器的全数字化混合SPWPM控制策略研究

对于高频链逆变器的控制,本文提出一种全数字化混合式正弦脉冲脉位调制(HSPWPM)控制策略,主变压器传递高频SPWPM波,根据输出电压和电流的极性对周波变换器的驱动逻辑进行分段控制,周波变换器的驱动脉冲为低频和高频调制的混合,推导了要满足电感电流磁通连续条件.介绍了该方法的工作原理,用Saber进行了仿真并制作了全桥-全波拓扑结构的300VA原理样机,仿真结果和实验验证了所提出方法的可行性,为进一步提高高频链逆变器的变换效率提供了一种新的方法.     

多模块矩阵变换器改进型线电压合成闭环控制策略研究

针对常规三相-三相矩阵变换器电压传输率低的缺陷,文章研究了一种多模块矩阵变换器拓扑结构,详细介绍了线电压合成调制策略的实现过程,给出输入侧与输出侧扇区划分方式、占空比表达式,提出以输出调制系数作为控制对象的闭环控制策略。在闭环控制中因输入无阻尼LC滤波器引起输入电流谐振进而影响输入性能的问题,在上述线电压合成闭环控制策略基础上,改进了原有采用高通滤波器提取高频谐波量的谐振抑制方法,提出了通过简单的数学计算将输出负载电流dq轴分量中的高频谐波量反馈到闭环控制中,实现了多模块矩阵变换器输入谐振的有效抑制。最后,建立仿真模型,采用Matlab有效抑制输入谐振,同时具有良好的动态与静态性能。     

VRB储能系统对风电场LVRT特性影响分析

为满足电网规定的并网风电场必须具有低电压穿越能力（LVRT）要求,提出一种在风电场并网点加入直接功率控制的钒液流电池（VRB）储能系统的拓扑结构来提高风电场LVRT.根据目前风电机组发展趋势风电场采用基于全功率双脉宽调制AC/DC/AC控制策略的逆变器的永磁直驱风电机组（PMSG）,VRB储能系统逆变器采用DC/AC双向功率流动的控制策略.所提出的控制策略通过协调控制风电机组机侧整流器、网侧逆变器和VRB变换器,实现平抑风电场出力和电压跌落时PCC点电压稳定控制及向电网提供一定的无功补偿.仿真结果表明,风速波动和系统电压跌落时,提出的方案可以有效平抑风电场出力波动,提高风电场LVRT能力,减小对系统安全稳定运行的负面影响.     

单相高频链正弦波逆变器的一种新拓扑

高频变压器一次侧H桥高频逆变产生MSPWM(Modified SPWM)脉冲波,MSPWM含有SPWM所有信息,但不含调制波的低频分量。二次侧采用倍流同步式周波变换器(CDSC)将其解调为常规的SPWM脉冲波,然后滤波得到需要的正弦波输出。这种全桥\CDSC结构,其特性不同于已有拓扑族中的任何一种。可以方便地实现双向开关、滤波电感的安全换流。无需依据负载电流的极性及换流重叠控制双向开关的换向。消除了该类变换器中固有的电压、电流过冲。拓扑结构简单,硬件投资少。文中分析了MSPWM脉冲波及CDSC输出的频谱特性,详细解析了新拓扑的工作模式。仿真和实验证实了理论分析的正确性及新拓扑的可行性。     

一种新型光伏并网逆变器控制策略

分析了导抗变换器的特性，详细推导了整个系统各点电压、电流，提出一种新颖的三角波-三角波调制方法，该控制策略克服了采用传统正弦波-三角波调制方法带来的并网电流谐波含量高、功率因数低的弊端。将导抗变换器和光伏并网逆变系统有机结合在一起，利用导抗变换器的电压源-电流源变换特性，将光伏电池阵列的直流电压变换为正弦包络线的高频电流，经过高频变压器隔离和电流等级变换，得到的高频电流再经过高频整流桥及工频逆变器逆变后并入电网，实现了电流源并网。相对传统的电流源型并网发电系统，采用该方法不仅省去了串联电感，而且用高频变压器取代了工频变压器，有利于实现装置小型化和降低成本。另外，利用电网电压过零信号控制工频逆变器，保证了并网电流和电网电压同步，进一步提高系统功率因数，实现正弦电流并网。通过实验证明了该控制策略的可行性，该方法非常适合分散式家用光伏并网发电系统。     

Bidirectional isolated three-phase dc-dc converter using coupled inductor for dc microgrid applications

The main objective of this project is to study the analysis and design of an isolated three-phase bidirectional dc-dc converter connected to the dc microgrid system. The proposed topology achieves efficient power conversion with a wide input voltage range, continuous input current, and bidirectional operation. In forward mode operation, the topology acts as a three-phase push-pull converter to reach a step-up voltage conversion ratio (90 to 450 V ). In backward mode operation, the converter acts as an interleaved flyback converter to provide a step-down voltage conversion ratio (450 to 90 V ). Over and above that, in both operation senses, the dc voltage gain is presented. The main advantages of this topology are high-switching frequency, the three-phase transformer that provides galvanic isolation between the dc voltage link bus to the battery or ultra-capacitor storage, and input/output filters size reduction. Besides, a fewer number of power switches, the frequency of output voltage, and input current ripple are three times higher than the switching frequency. The three active switches are connected to the same reference, which simplifies the gate drive circuit. Ultimately, the theoretical analysis of the proposed topology is carefully confirmed with the experimental results of the 4 kW converter prototype.     

输入并联输出串联AC/AC变换器的研究

传统两电平AC/AC变换器的开关管电压应力高,输出电压和输入电流谐波含量较高。针对此问题,基于多模块串并联组合变换器的相关技术,提出了一种输入并联输出串联(IPOS)电流源高频交流环节AC/AC变换器。为保证该变换器的正常工作,研究并提出了一种均压控制策略。此控制策略实现了该变换器在4种工作模式下的输出均压和输入均流。实验结果验证了该变换器的工作原理和控制策略的正确性,该变换器适用于较低输入电压和较高输出电压交流电能变换场合。     

一种基于Boost电路的新型矩阵变换器及其谐波分析

在交-直-交矩阵变换器的中间直流环节上串联-工作在高频脉冲状态下的Boost升压电路,形成了一种基于Boost电路的交-直-交矩阵变换器Boost MC(boost matrix converter).利用其在高频脉冲状态的升压能力,达到提高矩阵变换器的电压传输比的目的.推导了相关的数学模型,讨论了Boost电路的不连续导通(DCM)工作模式,分析了电路拓扑结构,重点讨论了Boost MC的升压原理并对输入电流和输出电压进行了谐波分析.仿真试验结果验证了该方案的有效性和正确性,电压传输比可达到1.0以上,输出电压波形非常接近正弦波,谐波含量增加不多,且主要为开关频率附近的高次谐波.     

桥式直接交交斩波变换器及换流策略研究

为解决交流斩波功率变换器中双向全控电力电子开关结构复杂、换流过程繁琐的问题,研究了一种新颖的桥式直接交交斩波变换器,并提出了与之相适应的非互补控制换流策略。首先通过改进变换器结构和功率流向,取代了单管组合式双向全控开关的设计方案,简化了多路驱动电路间的隔离设计,使线路分布参数的影响较小,开关器件与驱动电路的一致性好,成本降低。换流策略设计了有源、续流和死区3种工作模式以及多种性质负载条件下的换流路径,消除了输出电压失控区间,且不使用电流极性检测环节。最后设计了功能样机,在多种负载条件下进行了性能测试。实验结果验证了方案的有效性。