并联多电平注入式电流源型变换器的新型拓扑

根据多电平注入交直流变换原理,设计了一种新的并联多电平注入式电流源型变换器拓扑结构,注入开关的导通电流为直流输出电流与电平数的比值.新型拓扑中每个注入支路单元由2个等效开关和1个独立电抗器构成;同一注入单元的开关交替通断;不同注入单元的开关采用状态遍历的开关控制方法,使处于通态的各单元开关平均分配直流输出电流.以三电平为例,对系统电压、电流波形及开关控制方法进行了论述,并在PSCAD/EMTDC软件环境下进行了仿真,分析与仿真结果表明了新型拓扑的良好特性.与现有的并联多电平注入式电流源型变换器拓扑结构相比,新型电路结构中注入单元开关器件的电流容量和开关通断时的电流变化率降低;各注入单元支路开关通态时间延长.     

大功率强迫换相电流注入多级变换器新拓扑

工程应用中,大功率变换器大都采用电压源型变换器.为解决常规电流源变换器所遇到的难题,提出了一种注入式多电平电流源型大功率变换器.基于直流侧注入阶梯电流,采用交流侧输出理想正弦交流的注入方法,对变换器注入开关时序、交流侧输出电流和直流侧注入电流变化规律进行分析.研究结果表明,该变换器主电路功率器件的开关频率为工频,降低了开关器件的动态损耗;主桥功率器件在零电流时换相,实现了真正意义上的软开关技术;变换器交流侧不需安装滤波装置就能输出高质量的电流波形.     

一种新型电流源型变换器

对直流纹波注入的概念进行了介绍,在此基础上对基于多电平注入式的新型电流源型变换器进行了分析,并且基于PSCAD/EMTDC的软件环境下进行了仿真分析。通过对九电平注入仿真波形的分析,总结了此新型拓扑结构和仿真波形特点,给出了具体的触发方法。此新型电流源型变换器融合了多电平、谐波注入和软开关的技术,不仅为主桥开关的切换提供了安全可靠的零电流条件,而且具有很好的谐波抑制能力,减少了交流侧安装大容量交流电容作为吸收电路的不便。由于注入电流的多级变换,所以减少了对注入开关容量的要求。     

一种新型并联三电平注入式电流型变换器拓扑

提出了一种三相并联型自换相三电平注入式电流型交直流变换器拓扑结构,给出了开关控制方案和进行了工作原理分析,该拓扑结构的电路完全满足多电平谐波注入原理的要求.基于PSCAD/EMTDC软件环境进行了仿真,验证了文中提出拓扑和控制方案的可行性.新型三电平注入式电流型变换器结构方便拓展到多电平,与现有的并联多电平电流型变换器拓扑结构相比,处于开通状态的注入电路开关平均分配直流输出电流,降低了对注入支路开关器件的电流容量的要求和开关通断时的电流变化率,为主桥开关提供了可靠的零电流开关条件,省去了设计制造大容量多抽头电抗器的不便.     

大功率注入式电流源型变换器拓扑和模型

多电平注入式电流源变换器(CSC)采用注入式技术来降低谐波畸变率,保证了输出电流波形的质量,减少了器件应力的同时保证了主桥在零电流时换相,实现了真正意义上的软开关。这里给出大功率应用场合下多电平注入式CSC新拓扑以及注入式波形产生的开关触发时序,解决了常规CSC中的难题。最后通过仿真和实验验证了所提理论。     

具备零电流开关与谐波抑制的电流源型变换器新拓扑

为了克服传统电流源型变换器(current source converter,CSC)交流侧需要加装大容量交流电容器作为缓冲装置的缺点,将直流电流分配电路与传统并联式12脉波CSC相结合,研究了一种可以省去交流电容器并能有效抑制谐波的并联式7电平电流注入式电流源型变换器拓扑。该拓扑具有以下特点:通过开闭直流电流分配电路中的开关元件,将直流电流变换成2路幅值相同、相位互差30°、6倍于基波频率、7电平阶梯形周期变化且具有零值区间的三角波注入电流,两主桥开关元件在注入电流的零值区间内进行切换,实现了零电流开关(zero current switching,ZCS);变换器交流侧不需要配置大容量交流电容器,降低了设计成本,提高了系统的可靠性;主桥开关频率为50Hz的前提下,利用7电平阶梯形三角波注入电流可增加交流输出电流的电平数,改善了电流波形的谐波特性,使交流输出电流近似正弦波。另外还详细分析了新拓扑的工作机理,在PSCAD/EMTDC平台进行了仿真研究,搭建了实验平台,通过实验验证了理论分析的正确性和可行性。结果表明,所提出的新拓扑性能优良,结构简单,具有实用价值。     

FPGA-DSP实现混合级联多电平变换器的高性能PWM控制

针对传统电力电子拓扑结构中开关器件耐压值不够高,与电力系统中高压范围不能直接匹配的问题,研究了基于FPGA-DSP的改进型混合级联多电平变换器的高性能控制系统。该改进型的级联多电平拓扑是将具有相同母线电压的一个二极管钳位拓扑与若干个H桥级联,输出波形由级联模块的输出电压叠加而成。并针对该拓扑提出了其混合调制的调制策略,使较高开关频率的开关器件与高耐压值的器件协同工作在一起,充分发挥开关器件各自的特性。由于多电平变换器开关管数量众多,专用DSP芯片已经不能完全满足设计要求,为此专门设计了基于FPGA-DSP的通用控制系统,用以实现多电平电路的专用PWM控制电路的功能,该控制系统稳定可靠,易于扩展。仿真与实验结果充分证明了该设计方案的可行性和有效性。     

一种适用于高压大功率的新型混合二极管钳位级联多电平变换器

该文在研究传统的级联多电平、传统混合级联多电平以及二级管钳位级联多电平变换器的基础上提出了一种新型的混合二极管钳位级联多电平变换器，这种新型变换器是将具有不同直流母线电压的多个二极管钳位多电平变换器进行级联，输出电压是将这些变换器的输出电压进行矢量相加而合成的。通常，开关速度较快的器件(如IGBT)的耐压值和耐压值较高的器件(如GTO)的开关速度都是有局限性的，新型变换器包含高压模块和低压模块，这使得IGBT和GTO协同工作在一起成为可能。本文对三相拓扑结构进行仿真分析，从仿真结果可以看出，新型变换器可以输出更高的电压，并且输出电压和电流的波形质量也将有进一步改善。     

基于晶闸管电流源型变换器的STATCOM实现

该文设计了一种大功率应用场合下,主桥路采用晶闸管控制的电流源型静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)。该变换器融合多电平技术、电流注入技术,使得主电路中功率器件的开关频率较低,降低了开关损耗;注入电路所固有的零电流特性为主电路中使用晶闸管提供了可能,实现真正意义上的软开关。利用PLECS软件对STATCOM模型进行仿真,结果表明能够实现灵活的无功功率全范围控制。制作实验装置采集波形验证了系统能够实现灵活的功率调节。     

风力发电系统中两电平与三电平变换器研究

介绍了变速恒频风力发电系统结构以及变换器在变速恒频风力发电系统机侧和网侧的控制模型.分析比较了二极管箝位型三电平拓扑与传统两电平拓扑变换器的损耗,包括功率开关器件导通损耗、开关损耗以及滤波电感的损耗.分析比较了两种变换器输出仿真波形.对两种变换器分别用于变速恒频风力发电系统中机侧和网侧的仿真波形进行分析比较.仿真结果表明,在变速恒频风力发电系统中,相对于传统的两电平变换器,三电平变换器有效降低了损耗,减小了纹波电流,输出电平增多,减小了电压变化,使波形质量得到了很好的改善,适用于变速恒频双馈风力发电系统.     

三电平矩阵变换器的电路拓扑与控制策略

多电平矩阵变换器(MMC)是在传统矩阵变换器(CMC)和多电平逆变器的基础上提出的一种新颖的电力变换装置,区别于以往将三电平矩阵变换器用两电平运行的调制策略,提出了三电平矩阵变换器的三电平运行调制策略,并可以推广到多电平。介绍了三电平矩阵变换器拓扑电路的生成,分析了构成拓扑电路的H桥开关单元工作状态,并详细地讨论了支路连接操作规律和开关单元操作规律。论述了基于空间矢量调制原理所产生的19个基本空间矢量及其构成的六边形空间矢量图,并提出了三电平运行时的调制策略。构建了Matlab/Simulink的三电平矩阵变换器的仿真模型,进行了仿真试验。仿真结果验证了调制策略的正确性,输出线电压形成5个电平的正弦波形,比传统的二电平矩阵变换器的输出波形更接近正弦波,谐波含量更低。     

模块组合多电平变换器的环流模型

模块组合多电平变换器是应用于高压大功率电能变换领域的优秀拓扑之一,具有高度模块化、输出波形谐波含量少、无需工频变压器等优点.然而环流的存在使得模块组合多电平变换器的桥臂电流发生畸变,提高了器件的额定电流容量,进一步增加了系统成本.本文提出了模块组合多电平变换器的环流模型,将环流的作用等效为两个电流控制的电压源(CCVS...     

二极管钳位型三电平变换器开关损耗分析

在优化多电平变换器系统性能时必须建立变换器开关损耗模型.通过一些特征参数来表征器件的开关波形,并根据开关波形产生的内在机理分别拟合逼近三电平变换器中快恢复二极管和IGBT的真实开关波形.另外,在分析二极管钳位型三电平变换器半导体器件开通、关断机理的基础上,建立了此类变换器的开关损耗计算模型.实验验证了二极管钳位型三电平变换器的器件开关模型和开关损耗模型的正确性和有效性.     

基于重注入式电流变换技术的换流器特性分析

由于传统换流器产生较多的谐波,消耗大量无功功率,以及功率器件开关损耗较大,为实现大功率换流器的软开关技术、谐波含量降低和单位功率因数运行,提出一种基于直流纹波注入技术的重注入式电流变换技术,它同时具有多电平、软开关和谐波消除的优点。它在传统12脉波换流器的基础上增加了电流重注入回路,构成多电平电流重注入电流型换流器(multilevel current reinjection current source convertor,MLCR-CSC)。文中首先介绍了MLCR-CSC拓扑结构,构建了零电流关断(zero current switching,ZCS)、理想注入波形产生和降低谐波的数学模型。接着,在Matlab/Simulink环境下进行仿真,结果表明该拓扑结构在基波周期内有6个电流过零点,实现了ZCS;总谐波畸变率(total harmonic distortion,THD)低于4%;实现单位功率因数运行;不同电平数重注入电流的结构零电流脉宽可以调节。文章最后搭建了1 MW换流器实验平台,验证了理论分析的可行性。     

可有效抑制子模块电容电压波动的新型HMMC

模块化多电平变换器(MMC)己在直流输电、电机控制等领域得到广泛应用,电容数量以及电容电压波动是影响MMC成本与性能的主要因素。提出了一种用于中压场景下的混合模块化多电平变换器(HMMC)的改进拓扑结构,在原有的HMMC上、下桥臂之间插入了一种新型的中间模块,通过3次谐波电压以及梯形桥臂电流的注入来减小桥臂上子模块电容上的电压纹波,提高变换器调制比。同时,通过控制所提出的新型中间模块,消除由于3次谐波电压注入引起的交流侧共模电压,提高交流输出侧相电压波形质量。与现有结构相比,所提出的新型中间模块器件数量较少,对于不同桥臂电流控制方式有良好的兼容性。最后通过Matlab/Simulink仿真结果以及实验验证了新型串联电容HMMC的有效性。     

一类新型的单相直接式电流型多电平变流器拓扑

目前的多电平变换技术主要是针对电压型逆变器.随着超导储能技术的发展,电流型逆变器的储能效率问题必将得到解决,电流型多电平逆变器也将得到广泛应用.文中提出了一类新型单相直接式电流型多电平拓扑.该类拓扑结构非常简单,所用开关器件和均流电感的数目非常少.文中分析了由该类拓扑组成的单相五电平、七电平变流器的工作原理,并研究了它们在感性负载和容性负载时的变流器输出波形.针对该类拓扑,还给出了一种通过调节输出电平宽度消除低次电流谐波的方法.仿真和实验结果验证了新拓扑的正确性和谐波消除法的可行性.     

T型三电平与两电平功率开关器件损耗计算与分析

研究两种逆变器拓扑的功率开关器件损耗,通过器件特征参数,建立一种同时考虑工作电压、驱动电阻和结温的简单曲线拟合方法,推导出三次谐波注入调制算法下T型三电平和两电平拓扑的损耗计算模型,发现损耗与调制系数、开关频率、功率因数角、输出电流有关。在相同逆变工作条件下,当开关频率大于6.8 kHz时,在全电流范围内可使得T型三电平拓扑比两电平拓扑损耗更小,发挥其三电平优势。该损耗研究理论可推广至其他拓扑结构,为并网逆变器设计、效率提升奠定基础。     

ANPC三电平变换器开路故障容错控制研究

在工业应用中,功率变换器的可靠性和容错能力越来越受到重视。针对有源中点箝位(ANPC)三电平变换器拓扑结构的特点,分别提出在单功率器件和多功率器件开路故障下的容错控制策略。在分析ANPC三电平变换器发生功率器件开路故障时电流流通路径变化的基础上,通过修改功率器件的开关状态和开关顺序,可使变换器在故障后仍保持中点电压平衡和对称的三相输出。同时分析了不同组合下多器件开路故障后的容错能力,并提出相应的容错控制策略。实验结果表明所提控制策略的正确性和优越性。     

一种新型T型无死区三电平拓扑结构及其改进SVPWM控制算法

针对常用三电平变流器电流流经器件多而导致导通损耗大的缺点,提出一种新型T型无死区三电平拓扑结构。当输出电平为非零时,电流只流经一个开关器件,可在一定程度上减小变流器的导通损耗。该拓扑结构在输出电平上共有4种组合,其中两两电平互相配合调制实现变流器的正、负电压调制。开关管换流为电压换流方式,电平切换过程中无需加死区调制,输出波形大为改善。根据三相系统在空间矢量图中的分布特点重新分区,完成基于T型拓扑结构的改进型SVPWM控制算法。最后完成了10 kW样机试验。试验结果验证了所提变流器的特点。     

悬浮电容钳位多电平矩阵变换器拓扑与控制

矩阵变换器已广泛应用于中低压系统中,但在高压领域,矩阵变换器的使用受到了开关器件电压等级的限制。将矩阵变换器与多电平拓扑相结合,有望成为解决这一难点的重要手段。文中论述了多电平矩阵变换器的结构特点,重点研究了采用悬浮电容钳位实现多电平矩阵变换器的可行性以及悬浮电容电压控制策略,提出了完整的输出电压与输入电流的状态空间矢量调制策略。最后,通过仿真与样机实验论证了控制算法的可行性、可靠性和有效性。