有源钳位三电平变频器调制策略及损耗分析

传统中点钳位(NPC)三电平变频器存在功率器件损耗不平衡问题,导致部分功率器件发热严重,限制了变频器容量和功率器件开关频率的提升.采用有源钳位(ANPC)三电平拓扑结构可产生冗余零电压状态输出实现功率器件损耗平衡.分析了ANPC三电平变频器的工作原理及其换流方式1和方式2下功率器件的工作特性,并给出了两者PWM脉冲生成...     

有源钳位三电平变频器改进SVPWM策略

中点钳位(NPC)三电平变频器存在功率器件损耗不平衡问题,部分器件发热严重,限制了变频器容量和开关频率的提升,有源中点钳位(ANPC)三电平变频器通过不同的零电压输出状态可以平衡功率器件的损耗。通过选取不同的冗余零状态,提出一种适用于ANPC三电平变频器、可以平衡功率器件损耗的改进空间矢量调制(SVPWM)算法。对所提SVPWM算法和传统正弦矢量脉宽调制(SPWM)算法进行仿真对比,分析功率器件损耗分布情况,结果表明所提方法可以平衡功率器件的损耗,提高变频器的容量和开关频率。另外,和SPWM算法相比,采用SVPWM算法输出电压可以提高15%,电流谐波畸变率会有所降低,最后通过实验验证了所提算法的正确性。     

有源钳位三电平变频器及其结温平衡控制

传统中点钳位(NPC)三电平变频器存在功率器件结温不平衡的缺点,严重限制了变频器容量的提升,采用有源钳位(ANPC)三电平拓扑可平衡功率器件的结温。本文对ANPC三电平变频器的开关状态及其换流方式进行了分析,并给出了功率器件的损耗和散热模型。介绍了ANPC三电平变频器的两种PWM方式,在此基础上提出了一种结温平衡控制方法。实验结果表明,该方法能够随着调制度的变化动态改变PWM方式1和方式2的工作比例,实现结温平衡控制。相比于NPC三电平变频器,ANPC在逆变和整流模式下的容量可分别提高23.1%和33.3%,具有较高的工程应用价值。     

三电平有源层叠中点钳位式变换器拓扑分析

传统中点钳位(NPC)三电平变频器存在功率器件损耗不平衡问题,限制了变频器容量和功率器件开关频率的提升。有源钳位式NPC拓扑或者层叠式NPC拓扑可以产生更多的零电平状态实现功率器件损耗平衡。有源层叠式中点钳位式拓扑是有源钳位式NPC的衍生拓扑。对有源层叠中点钳位式NPC拓扑进行分析,利用交替反向层叠式(APOD)PWM进行脉宽调制。通过仿真验证该拓扑的工作特点和APOD-PWM算法的有效性。     

基于SiC器件的三电平ANPC牵引变流器损耗分析

在大功率牵引变流器中,采用具有开关速度快、耐高温、开关损耗低等诸多优势的SiC器件替代Si器件,并构建基于SiC器件的三电平ANPC变换器,可以大大减轻变流器的散热系统负担,有助于实现牵引系统轻量化,提升变流器的功率密度和整体效率。对4种三电平ANPC变换器拓扑（2种SiC+Si的混合型三电平ANPC拓扑、全SiC型三电平ANPC拓扑和全Si型三电平ANPC拓扑）及适用于不同拓扑结构的调制策略进行了详细的分析。结合4种拓扑工作于各自最优调制策略下的换流过程,对不同拓扑的功率损耗和热平衡特性等方面通过仿真验证进行了定量分析比较。结果表明,全SiC型三电平ANPC拓扑损耗分布最均衡,工作效率最高;2-SiC混合型三电平ANPC拓扑在保证性能的基础上成本更低,可以作为采用SiC器件的牵引变流器的一种较高性价比的选择。     

基于SPWM的三电平ANPC逆变器损耗平衡控制方法

有源中点箝位(ANPC)型多电平拓扑通过选择不同的电流通路可以使器件损耗分散在不同的开关管上。以三电平ANPC逆变器为研究对象,分析了在不同开关状态之间切换时各开关器件的损耗分布情况,采用正弦脉宽调制(SPWM)方法,提出了一种器件损耗分布平衡的控制策略。通过合理选择冗余状态使电流通过不同的路径,有效地实现了每相器件的损耗平衡。搭建三电平ANPC逆变器实验平台对提出的控制策略进行了验证。     

有源钳位型三电平特定谐波消除调制方法研究

有源钳位型三电平逆变器可以实现功率器件损耗的平衡分布,均衡功率器件结温,间接提高逆变器的容量。特定谐波消除法具有波形质量高、开关损耗低的特点。本文提出了一种有源钳位型三电平逆变器的特定谐波消除调制方法,能够同时兼顾输出电压波形质量、开关器件的损耗和结温的均衡分布,在保证输出电压谐波特性的前提下降低逆变器开关频率,提高逆变器的设备容量。对所提出调制策略进行了损耗和结温的仿真分析,并在实验平台上进行了实验验证,仿真和实验结果验证了本文调制策略的有效性。     

大功率三电平变频器损耗计算及散热分析

准确计算功率器件损耗可优化变频器的散热设计.功率器件的导通和开关特性对温度比较敏感,损耗计算必须考虑结温的影响.本文分析了中点钳位式(NPC)三电平变频器功率器件导通和开关规律,在此基础上建立了一套实用的损耗计算方法.通过热阻等效电路计算了功率器件的结温.对一台1MVA NPC三电平变频器在逆变和整流两种典型工况下进行...     

一种SVPWM NPC三电平变频器损耗计算的改进方法

功率器件的导通和开关特性与温度相互影响,损耗计算时应考虑散热条件的影响。通过Matlab循环调用功率器件损耗计算程序和ANSYS温度场计算程序的方法,实现了空间矢量脉宽调制(SVPWM)中点钳位式(NPC)三电平变频器的损耗改进计算。分析了不同调制度和负载阻抗角对损耗特性与结温特性的影响,结果表明反并联快速恢复二极管芯片结温受邻近绝缘栅双极型晶体管(IGBT)芯片的影响很大,导致结温特性与损耗特性分布趋势不同。该方法可为三电平变频器功率器件损耗的准确计算和散热器的优化设计提供依据。     

基于混合ANPC逆变器的永磁电机解耦预测控制策略EI北大核心CSCD

永磁电机具有效率高、启动快、过载能力强及噪声小等优点,已被成功应用于大功率交流传动系统。为解决传统Si基变流器开关频率低造成电机转矩动态响应慢、转矩脉动大的问题,文中结合SiC器件耐高温和开关频率高的特点,将Si/SiC协同的三电平有源中点钳位型(active neutral-point-clamped,ANPC)逆变器混合拓扑引入到永磁电机驱动系统。首先研究Si/SiC混合ANPC逆变器拓扑的运行原理与换流模式,分析不同换流模式下的损耗分布规律及调制策略。结合模型预测控制技术的多目标和多约束特性,提出基于混合ANPC逆变器的永磁电机高解耦预测控制策略,以实现Si/SiC混合拓扑中Si器件的低频运行和SiC器件的高频运行。稳态和暂态实验结果证实了所提控制策略的可行性和有效性。     

有源中点钳位型三电平并网逆变器多目标优化预测控制

有源中点钳位型(ANPC)三电平变换器作为并网逆变器能够实现功率器件的热损耗平衡,适用于光伏发电系统.针对传统中点钳位型(NPC)三电平并网逆变器开关管发热不均衡等问题,本文提出一种ANPC三电平并网逆变器的多目标模型优化预测控制方法,基于三电平输出的开关状态需要遵循单位电平跳变的原则,剔除不符合跳变原则的开关状态,减...     

大功率三电平变频器损耗及IGBT结温分析

提出一种大功率三电平变频器损耗及器件结温计算的简便方法,通过实验数据建立绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块导通损耗和开关损耗数学模型,并利用功率器件驱动信号来计算变频器的损耗,综合考虑了调制策略、负载功率因数、输出电流谐波、直流母线电压波动等因素,适用于变频器任何工况下的损耗和结温计算。建立了中点箝位型(NPC)三电平变频器电-热耦合模型,通过仿真和实验证明了所提方法的正确性,并分析了基于单开关周期的功率器件瞬态损耗及结温波动情况。     

一种优化三电平ANPC逆变器的MPC策略

针对三电平逆变器存在的中点电压波动,器件损耗不平衡等问题,提出了一种用于改善三电平有源中点钳位型逆变器(ANPC)中点电压平衡,系统响应速度等性能的模型预测控制算法。该算法基于Lyapunov函数的电压模式控制,利用逆变器功率开关的离散行为,设置开关状态控制器预选择电压矢量,利用优化后的开关状态矢量集来控制逆变器的功率开关。在MATLAB/Simulink环境中搭建了三相三电平ANPC逆变器模型,同SVPWM算法比较更好地平衡了中点电压和减少谐波含量,同时使计算速度提高了17.37%,总谐波失真降低了22.33%。验证了所提策略的有效性和合理性。     

基于多目标模型预测控制的ANPC并网逆变器

三电平有源中点箝位(ANPC)并网逆变器能够平衡器件功率损耗,有效提高输出电能质量和效率.以三电平ANPC并网逆变器为研究对象,提出了一种多目标优化模型预测控制(MOO-MPC)算法,通过消除三电平输出可能产生多电平跳变的开关状态,可以减少模型的滚动优化次数.通过器件的开关动作损耗线性拟合,实时计算出各开关器件的功率损耗,并在目标成本函数中令不平衡损耗最小化.最后,通过算例分析验证了该控制方法的正确性和有效性.     

三电平有源中点钳位逆变器损耗分布平衡控制策略

有源中点钳位型拓扑通过增加新的零状态电流通路,可以对各开关管上的损耗分布进行平衡。以三电平有源中点钳位逆变器为研究对象,分析了在不同输出状态之间进行切换时器件损耗分布情况,采用空间矢量脉宽调制方法,对8种换流模式及其损耗分布进行了系统的研究;针对负载功率因数的不同特点,提出了两种损耗分布平衡优化控制策略,在不同的负载条件下有效地实现了器件损耗的平衡分布。最后搭建了三电平有源中点钳位逆变器实验平台进行验证,实验结果验证了所提出控制策略的有效性。     

三电平ANPC逆变器中点电压平衡和开关损耗减小的SVM控制策略

有源中点钳位型拓扑通过选择冗余开关状态和不同的电流通路能够有效控制器件的损耗平衡。论文对三电平有源中点钳位型逆变器中点电压平衡和开关损耗减少的控制策略进行研究,提出一种中点电压平衡和减小损耗的三电平空间矢量调制方法。将虚拟中矢量重新定义,新的虚拟中矢量由原中矢量和邻近的两对小矢量合成,因此参考矢量在空间矢量图的任何区域都有两个成对的正负小矢量参与合成,其中一个优先用于控制中点电压的平衡,另外一个可以用于其他控制目标。在每个开关周期内根据中点电压波动和开关序列选择合适的小矢量,在控制中点电压平衡的基础上有效地减小了器件的开关损耗。最后搭建三电平ANPC逆变器仿真和实验平台对提出的控制策略进行验证,实验结果表明了控制策略的有效性。     

三电平ANPC-DAB的零电压软开关特性与损耗均衡方法

采用多电平电路来构建双有源桥(dual active bridge,DAB)直流变换器可实现更高的电压等级与功率密度及更好的性能。基于半桥有源中点钳位型(activeneutralpoint clamped,ANPC)三电平电路构建半桥ANPC-DAB电路,通过分析开关状态切换过程中零电压开通(zerovoltage switching,ZVS)的软开关特性,得出使全部12个开关管实现ZVS开通的条件。在此基础上,通过分析零电平开关状态对损耗分布的影响,提出一种能够有效改善开关管损耗分布的调制方法。为验证DAB的损耗分布及效率,对半桥ANPC-DAB建立损耗模型,对开关管的损耗分布及DAB的效率进行仿真分析。最后,通过1.5k W的实验样机完成实验验证。仿真与实验结果表明,所提出的调制方法在全部开关管实现ZVS的同时,有效地改善了功率器件的损耗分布。     

兆瓦级风电变流器在低穿时热负荷再分配调制策略研究

多电平拓扑结构风电变流器中,三电平中点钳位型拓扑是在海上兆瓦级风电系统中最有应用前景的。然而,随着风电机组电网适应性的需求越来越多,对变流器系统的可靠性要求也越来越高。针对这个问题,本文首先对兆瓦级三电平中点钳位型风电变流器在低电压穿越时的热负荷分布进行了分析,然后提出了一种改进的空间矢量调制方法,在该方法作用下可以使得各个功率器件热负荷重新分布。为了验证该调制方法的有效性,设计了相关试验,试验结果表明,在新的调制策略作用下,变流器在低电压穿越时各个功率器件的热负荷趋于均衡,最大热应力功率器件的结温也在正常范围内,该方法在改变热负荷的同时,还增强了对中点电位的控制能力,而这是中点钳位型变流器的关键技术之一。     

三电平ANPC变换器SVPWM优化控制方法

有源中点钳位型拓扑是一种能够克服传统的二极管钳位型和电容钳位型拓扑缺点的新型多电平拓扑。在对三电平有源中点钳位型变换器工作状态进行分析的基础上,对各开关管通态损耗和开关损耗进行了研究;提出一种空间矢量的优化控制算法,该算法在维持了空间矢量调制方法的直流电压利用率高及有效控制中点电压平衡等优点的同时,有效控制了每相开关管的损耗分布平衡,防止了热量的过分堆积,并且降低了传统有源中点钳位变换器算法复杂度,减少对温度采样电路数量的要求;最后搭建了三电平有源中点钳位型变换器仿真和实验平台对控制策略的有效性进行了验证。     

有源中点钳位逆变器的损耗均衡和效率优化策略

针对有源中点钳位（ANPC）逆变器,基于开关损耗分配的基本原理,建立开关器件的损耗估计模型,提出一种主动调节损耗分布的方法,通过合理分配不同开关器件来承受开关损耗,调节各模态的起始时间和持续时间,尽可能地减小各开关器件之间的损耗差异,并扩展到变功率因数角的场合,该方法实施简单且有效。此外,当桥臂输出电压被钳位到直流中点时,通过对驱动时序的调整和重新构造,使两条零电平回路同时导通（TZCC）进行续流,有效地减小了导通损耗,进一步提升变换器效率。较传统的损耗均衡或效率优化单一目标上,所提方法在损耗均衡的同时又能兼顾其运行效率,充分地发挥出ANPC逆变器的优势。最后,通过仿真和实验验证了所提策略的有效性。