一种开关电容和二极管钳位组合的多电平拓扑

传统的二极管钳位型多电平拓扑存在直流母线电容电压不平衡的问题。提出一种开关电容和二极管钳位组合式的多电平拓扑,介绍了其结构组成和工作原理。该拓扑将开关电容电路和二极管钳位电路有机地结合起来,充分利用两部分电路的工作特点,不但具有平衡直流母线电容电压的功能,而且可以用多种升压方式实现升压输出,同时使用的元器件数量较少。最后通过一个五电平电路的仿真和实验验证了本拓扑的有效性。     

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。     

新型Z源T型五电平逆变器及其调制策略EI北大核心CSCD

针对传统二极管中点钳位三电平与五电平逆变器需要大量钳位二极管、结构复杂、可靠性差、二极管开关损耗较大,以及传统Z源两电平逆变器电容电压应力较高、升压能力不足、功率较低等问题。首先,提出了一种T型五电平逆变器拓扑,该拓扑省去了大量钳位二极管,结构简单,开关损耗小,功率等级高;其次,结合Z源网络与该T型五电平拓扑,得到一种新型Z源T型五电平逆变器拓扑,与传统Z源逆变器相比,在相同的电压增益下,该新型逆变器有效降低了开关器件电压与电容电压;再次,将Z源网络中的电感用升压单元代替,进一步增强了其升压能力;最后,设计了该新型逆变器的同向载波调制策略。仿真实验证明了所提拓扑的正确性与调制策略的有效性。     

新型Z源T型五电平逆变器及其调制策略

针对传统二极管中点钳位三电平与五电平逆变器需要大量钳位二极管、结构复杂、可靠性差、二极管开关损耗较大,以及传统Z源两电平逆变器电容电压应力较高、升压能力不足、功率较低等问题。首先,提出了一种T型五电平逆变器拓扑,该拓扑省去了大量钳位二极管,结构简单,开关损耗小,功率等级高;其次,结合Z源网络与该T型五电平拓扑,得到一种新型Z源T型五电平逆变器拓扑,与传统Z源逆变器相比,在相同的电压增益下,该新型逆变器有效降低了开关器件电压与电容电压;再次,将Z源网络中的电感用升压单元代替,进一步增强了其升压能力;最后,设计了该新型逆变器的同向载波调制策略。仿真实验证明了所提拓扑的正确性与调制策略的有效性。     

一种改进的二极管钳位型多电平变换器拓扑

多电平电路在高压大功率领域的拓展受到其复杂电路拓扑的制约,因此近年来不断有新型多电平电路结构被提出。本文在传统多电平逆变器拓扑结构的基础上,提出了一种新型单相七电平电压源逆变器拓扑。新型电路拓扑是在传统的单相全桥五电平钳位二极管电路基础上,增加了两个开关器件,利用10个开关器件以及4个钳位二极管产生了7种不同的电平输出。详细分析了该逆变器的拓扑结构,给出了PWM控制策略。最后通过仿真实验验证了这种拓扑的可行性。该逆变器对传统钳位二极管逆变器在结构上做出了优化。     

五电平逆变器钳位电容平衡控制策略研究

为了避免中点钳位/H桥五电平逆变器拓扑结构中因直流母线上存在2个钳位电容而造成母线中点电位平衡控制较为复杂的问题,介绍了一种由单电容钳位的三电平拓扑与半桥组合形成的五电平逆变器拓扑。该五电平逆变器拓扑只需要保证一个钳位电容在每个三角载波周期内充、放电时间相等,即可实现钳位电容电压平衡控制。对此提出一种新型的SPWM控制策略,该策略采用方向相反的2个调制波对正、负半周期交错的三角载波进行调制,从而实现钳位电容充、放电平衡。以单相电容钳位五电平逆变器为例,对其拓扑结构和工作原理进行了详细分析,提出了钳位电容平衡控制策略,并通过仿真研究和实验结果验证了所提控制策略的正确性与可行性。     

二极管钳位型MMC电路的均压控制策略

为解决传统模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)均压系统中直流电压传感器较多、控制电路复杂的问题,将二极管钳位拓扑应用到MMC中,并提出了适用于该拓扑的电容电压均衡控制方法。该拓扑通过在各子模块电容正极加装钳位二极管,为直流电容提供单向钳位通路,从而实现MMC各桥臂子模块电容电压从上到下依次减小,简化了系统电路及其控制方法。最后,在MATLAB/SIMULINK平台上搭建了11电平二极管钳位型M M C拓扑仿真模型,结果表明该拓扑具有电容电压自排序功能,电容电压均衡效果良好。     

一种新型自均压二极管钳位级联有源滤波器

提出一种新型二极管钳位级联多电平拓扑,在半桥单元拓扑上增加钳位二极管,为直流电容提供单向钳位通路。在该拓扑中,只需对阀体两端单元的直流电压进行控制就可实现均压控制,且每相阀体只需2个直流电压传感器,结构简单。将拓扑拓展到三相结构,提出了二极管钳位多电平有源滤波器(APF)拓扑及其控制方法。搭建了7电平二极管钳位多电平APF仿真模型和实验样机。实验结果表明,该拓扑自均压控制和谐波补偿效果良好,控制算法简易、可行。     

1.2MV·A混合钳位五电平变流模块的结构布局优化和叠层母排设计

多电平技术是高压大功率变流器的主要解决方案之一,由于电容电压平衡及母排设计等技术问题的限制,三电平以上的二极管钳位型NPC多电平系统在工业中应用较少。为了促进具有电容电压自平衡能力的混合钳位五电平拓扑的大功率工业应用,针对混合钳位五电平电路三相1.2MV·A应用要求,进行了单相变流模块的结构布局和叠层母排设计。首先研究了该拓扑冲击电流产生的根本原因及抑制方法,提出冲击电流抑制对于结构布局的要求;其次,结合冲击电流抑制及NPC四电平电路对称性特点,对混合钳位五电平拓扑大功率应用的结构布局方式进行了工程设计;最后,在该布局方式下结合NPC四电平拓扑的换流特点,通过Ansoft Q3D软件进行了叠层母排的连接设计。最终研制出单相400k W变流模块,测试结果表明其符合设计要求。     

二极管钳位型多电平逆变器脉宽调制时电容电压均衡方法

电容电压不均衡是二极管钳位型多电平逆变器中一个关键技术问题。当三电平二极管钳位型逆变器采用SPWM和SVPWM的调制时,直流侧分压电容的电压产生基波频率为三倍输出频率的低频振荡。要使一个采样周期内电容电压不发生不均衡,需要使在该采样周期内向中点电荷注入的电荷总和为零。本文提出了一种新的调制策略,在三电平二极管钳位型调制策略中可以等效为虚拟矢量调制策略,但这种调制策略可以方便地扩展到更多电平二极管钳位型逆变器的调制中。通过向调制波注入零序电压分量,这种调制策略可以等效为基于载波的调制策略。文中以二极管钳位型三电平和五电平逆变器进行了仿真研究,最后建立了二极管三电平逆变器,实验结果验证了算法的有效性。     

二极管箝位型多电平逆变器全范围电容电压平衡的PWM调制方法

电容电压偏移是二极管箝位型多电平逆变器的主要缺点。空间矢量调制和正弦载波调制方法,在调制度较高且功率因数较低时,电容电压出现低频波动。该文首先建立含电容电压的二极管箝位型三电平逆变器的脉冲宽度调制(pulse-width modulation,PWM)模型,提出一种新的调制方法,只需满足三相电流之和为零,该方法在任意调制度和功率因数下都能确保电容电位的平衡。并对算法累积误差进行修正。实验结果表明,这种方法较以前的解决方案能更好地平衡电容电压。最后将算法拓展到二极管箝位型任意电平数逆变器的调制中。     

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。     

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.     

中点箝位型三电平变换器SHEPWM方法研究

简单介绍了中点箝位型三电平变换器SHEPWM的原理,基于M ATLAB的FSOLVE函数解SHEPWM超越方程的方法,绘出了当超越方程个数N=11时的解轨迹曲线,从曲线上分析SHEPWM方法最大调制比可以达到1.15。为了验证上述解轨迹曲线的正确性和研究中点箝位型三电平变换器SHEPWM方法在不同调制比下的实际消谐波效果和相线电压谐波畸变,用M ATLAB的S IMUL INK图形化工具GU I仿真了各调制比下N=11时候相线电压的谐波畸变,并绘出了相线电压的消谐波效果和输出的相线电压和调制比关系曲线,得知随着调制比增大,实际的消谐波效果越来越好、输出相线电压的谐波畸变率THD也呈快速下降趋势。最后建立了三电平变换器的实验模型,用实验室开发的电力电子数控开发平台控制异步电动机的变频调速。实验结果与仿真结果一致,证实了FSOLVE函数求解的正确性和DSP数控系统控制电机调速的方便性。     

Z源级联三电平中点钳位逆变器

将Z源网络级联,并采用交替反相电压偏移(alternativephase opposition disposition,APOD)的方法对逆变器进行控制。在matlab/sinmulink下,建立Z源级联三电平逆变器的APOD调制模型,仿真结果显示新型拓扑升压因子有明显提高。为进一步验证新拓扑的有效性,进行了Z源级联逆变器的试验研究,试验结果证实新拓扑能够提高升压因子,扩大Z源逆变器的电压调节范围。     

中压配电网大容量新型混合有源滤波器

针对中压配电网谐波治理问题，提出了一种大容量混合型有源滤波器。它由无源滤波器、基波谐振支路、隔离变压器及有源滤波器等组成。其中，无源滤波器承受大部分电网电压，基波谐振支路分流无功电流，它使有源滤波器的工作电压和电流大大降低；有源逆变器采用基于二极管中点箝位式(NPC)三电平结构，它使有源滤波器的工作电压大大提高。文中简述了该混合型滤波器的工作原理，分析了基波谐振支路在参数变化失谐时，对滤波性能的影响。仿真结果证实了新型混合有源滤波器的可行性和有效性。     

中点箝位型三电平逆变器空间矢量与虚拟空间矢量的混合调制方法

中点电压偏移是中点箝位型(neutral point clamped,NPC)多电平逆变器的主要缺点。空间矢量脉宽调制(space vector pulse-width modulation,SVPWM)由于算法本身的缺陷,在调制度较高且功率因数较低时,电容电压出现低频波动。虚拟空间矢量调制(virtual SVPWM, VSVPWM)方法能够在全范围内处理中点电压偏移问题,但存在开关次数较多,谐波特性较差的缺点。该文建立含电容电压的NPC三电平逆变器的PWM模型,讨论SVPWM和VSVPWM的约束条件。在特定的区域采用SVPWM,其他区域采用VSVPWM,给出了这2种调制策略的切换条件。实验结果表明,混合调制方法(hybrid PWM,HPWM)较之以前的解决方案能够更好的平衡电容电压,并且也能够有效的降低开关次数和提高逆变器输出的谐波特性。     

带续流开关的中点箝位型非隔离光伏逆变器

为了满足非隔离光伏发电系统低漏电流的要求,提出了一种带续流开关的中点箝位型非隔离光伏逆变器。该拓扑在全桥逆变器的交流侧加入了一个续流开关,使得太阳能电池板输出端与电网断开,提高了非隔离光伏逆变器的转换效率。另一方面中点箝位电路的应用使得该拓扑在功率处理阶段和续流阶段的共模电压基本保持不变,降低了漏电流。详细分析了拓扑的工作原理,给出了其控制方法,并通过Saber仿真软件验证了带续流开关的中点箝位型非隔离光伏逆变器良好的共模特性。实验研制了一台300 W的原理样机验证了理论分析的正确性及仿真方案的可行性。