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。     

NPC三电平中压大功率变频器设计

介绍了基于三电平拓扑的大功率中压变频系统,单台容量达8 MV·A,可以多台并联扩展。变频器功率开关器件采用集成门极换流晶闸管IGCT,变频器采用交-直-交背靠背拓扑,整流和逆变部分均为中点钳位NPC三电平结构。整流部分设计为有源前端AFE,可以实现逆变器电能向电网回馈;逆变部分采用转子磁量定向的矢量控制,可以达到高性能的调速指标。所述系统不仅谐波含量小而且具有很好的动态特性和调速精度,适用于调速范围宽的驱动系统。     

IGCT器件NPC三电平变流器直流限流方法比较分析

集成门极换流晶闸管(IGCT)比GTO和HV-IGBT有更多的优势,被广泛应用于中压大功率传动系统中。在分析了中点钳位三电平逆变器拓扑结构和IGCT结构的基础上,讨论了IGCT逆变器缓冲电路的特点。以仿真的手段对比2种缓冲电路,对缓冲电路的不足提出了解决方案。     

高压变频器现状及发展动向

高压变频器具有耐压水平、电磁兼容性要求高,设备费用相对昂贵等特点。在对二极管钳位3电平变频器、功率单元串联多电平电压型变频器,交一交SMD级联变频器、电流型变频器进行分析后认为,3电平与5电平变频器将成为当今高压变频器中电路复杂度最低、鲁棒性最优和效率最高的拓扑结构之一。对高压变频器的合理选型进行了分析,最后列举了国内外高压变频器的技术参数。     

三相七电平H桥换相有源钳位变流器

可用于中压系统的少元件型多电平变流器具有广阔的应用前景,通过将半桥单元嵌入传统的三相H桥三电平变流器的直流母线,演绎了一种新颖的三相七电平变流器拓扑,该少元件型有源中点钳位多电平拓扑利用H桥的开关网络实现换相和电平倍增,获得了对称结构,规避了中点电压偏移问题,并拥有足够的冗余模态,便于实现直流母线电容的均压控制。详细分析了其工作原理,深入揭示了该拓扑的结构特点,设计了两层复合均压控制策略,并给出了一种新型的基于目标波—状态矢量函数的多电平脉宽调制(PWM)算法,用于新拓扑的驱动脉冲的生成。最后,建立了3.3kV/5 MW并网变流器MATLAB/Simulink仿真模型,仿真结果验证了工作原理、调制算法、均压控制策略的正确性。     

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。     

两种IGCT三电平变频产品功率部分的比较

目前在中压兆瓦级变频应用中IGCT器件比GTO和HV-IGBT有更多的综合优势.在兆瓦级变频应用领域,基于IGCT器件的中压变频器产品已经越来越多地得到应用.两家国际知名电气公司ABB和SIEMENS都生产基于中点钳位三电平拓扑的中压变频系列产品.简单介绍了两家公司的电压型中压变频器产品,并试图通过对这两家公司的两种典型产品功率部分的简单比较,来说明两家公司相关产品功率部分的若干技术特点.     

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...     

开关电感Z源三电平中点钳位逆变器的研究

Z源三电平中点钳位逆变器有效地结合了Z源网络的开关电感特性和三电平逆变器的特点,但升压能力有限。针对这一问题,文章提出了开关电感Z源三电平中点钳位逆变器。新逆变器通过改进电路拓扑获得了更强的升压能力,能显著提高系统的输出电压。文章采用改进载波同相层叠调制法控制开关管的工作,该方法简单、可靠、易于实现。仿真结果验证了新拓扑的可行性及有效性。     

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...     

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。     

基于多电平变换逆变电路的拓扑分析

多电平变换逆变电路是一种新的、用于“清洁电力电子装置”的变换电路。本文指出实现多电平变换逆变电路的关键问题之一是电平钳位,并以此为依据将现有的多电平电路拓扑结构进行了分类。文中分析了基于“二极管或电容钳位”和“使用独立直流电源钳位”的两类典型多电平路拓扑结构的优缺点,并在现有的“混合单元多电平逆变电路”单元结构基础上提出了一种新的、使用不同电压比的控制方式。     

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。     

基于数字控制的单相五电平逆变器研究

对于光伏系统而言,无变压器的逆变器拓扑在体积、重量、损耗、成本等方面均具有一定优势。单相有源中点钳位型(ANPC)五电平电路具有电压应力低、输出电压谐波小、电磁干扰小、输出滤波器小等优点,且其半桥型的拓扑形式消除了光伏板漏电流问题,因此该拓扑在小容量户用光伏系统中具有很好的应用前景。针对一种单相有源中点钳位型五电平电路,研究了该拓扑在数字控制下对控制器控制时序的要求,并给出了可选的PWM驱动极性组合。同时,针对电路工作中的死区问题提出了新的死区添加原则和控制方式。最后,搭建了3.3 k W的实验原理样机,验证了控制方案的有效性。     

超导储能用电压型大功率换流器技术

在500 kVA超导储能系统研制中,为了选择合适的功率变换电路拓扑,使系统具有更高的电压等级和灵活性,比较了近年来国内外采用的几种电压型换流器。针对超导储能特点及其在电力系统中承担电能质量调节的要求,分析了传统2电平桥式换流电路、中点钳位型多电平换流电路以及级联型多电平换流电路的性能。分析结果表明,对于大功率超导储能装置,级联型多电平换流电路在电压等级、控制精度及结构灵活等方面均优于另外2种换流器拓扑,采用级联型换流器的超导储能系统实现了模块化构造,可以实现系统冗余及容错运行。仿真结果证实模块化超导储能系统能够在较低工作频率下精确控制电压质量。     

内环钳位式新型五电平逆变器系统

在交流电动机调速领域,多电平变换器的应用越来越广泛,在各种多电平拓扑结构中,二极管钳位型多电平拓扑结构在中低压领域的应用最为广泛。但是随着电压等级的升高,开关数量的增加,钳位电容电压的平衡问题也成为该结构突出的难题。本文提出了一种新颖的内环钳位式新型五电平逆变器结构,该结构基于传统的二极管钳位型五电平拓扑结构,在其内环悬浮电容节点上接入一组独立的直流电压源,通过最优控制的算法,实现了五电平拓扑结构中所有钳位电容电压在全负载范围内稳定可控。本文对所提出的五电平拓扑结构进行了仿真及实验研究,仿真和实验结果验证了新方案的可行性。本文提出的方法为二极管钳位型多电平结构解决电容电压平衡问题提供了一个新颖的思路,对该结构的深入研究具有重要的实用意义。     

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。     

混合级联型多电平变频器拓扑结构研究

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。该文对已提出的级联型多电平电路结构进行深入分析，对其中最具实用价值的混合七电平级联型变频器在PWM控制方法和整流电路结构上作出改进，解决了直流侧电流倒灌和整流侧电流谐波抑制的问题。在此基础上提出了3-10kV电压等级的混合级联型多电平变频器拓扑结构，并给出了仿真和实验结果。该混合级联型变频器符合目前电力电子器件发展特点，对传统级联型变频器在结构上作出了优化。     

新型中点钳位三电平电池储能变流器设计及控制系统

基于新型中点钳位(A-NPC)拓扑结构的三电平变流器可以提高输出电压波形质量,有利于降低绝缘栅双极型晶体管(IGBT)耐压,以减小开关器件成本、IGBT损耗和电感损耗,来提高系统整体效率,因此在电力储能领域具有广泛的应用前景。基于A-NPC三电平拓扑结构,设计了电池储能变流器主电路,开发了变流器系统控制器软硬件,研究了变流器中点电压控制机理。样机实验结果表明:所搭建的A-NPC三电平电池储能变流器系统运行良好,与当前储能系统常用的两电平拓扑相比,在略微增加综合成本的基础上,实现了输出电流波形畸变小和输出电流谐波小、效率高等特点,应用在储能系统中,获得了很小的稳态总谐波畸变率和非常好的功耗特性。     

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。