半周工作单极性双降压式半桥逆变器

提出了一种新颖的单极性双降压式半桥逆变器。该逆变器是在双Buck逆变器基础上增加2个续流桥臂得到,桥臂输出不再是传统半桥型逆变器的两电平双极性调制波,而是直流电压利用率高、谐波含量小的三电平单极性调制波,仅在电感电流较小如过零换向时保留少量双极性调制以维持输出电压波形,因而滤波器体积重量得以减小。由于器件开关损耗和滤波器损耗的降低,单极性双降压半桥逆变器相对双降压式半桥逆变器而言整机效率并没有降低。     

三电平双降压式半桥逆变器

该逆变器保留了两电平双降压式半桥逆变器无桥臂直通和高频高效率运行的优点.同时,相对于两电平的结构,其开关管的电压应力得到了降低,桥臂输出电压波形的谐波也得到了改善.分析了三电平双降压式半桥逆变器的电路工作原理,提出了一种实现三态运行的电流滞环控制策略,该控制策略实现了电路的半周期运行模式.最后对1 kVA的原理样机进行实验,实验结果验证了该三电平双降压式半桥逆变器具有优良的性能.     

无漏电流高效可靠三电平双Buck并网逆变器

漏电流降低了非隔离型并网逆变装置的安全性和可靠性。已有研究通过将双极性调制全桥逆变器或半桥逆变器三电平化解决该问题。提出基于三电平双Buck逆变器的新思路,并重点研究其中的三电平双Buck全桥电路。该拓扑是将双Buck半桥逆变器中的输入均压电容用一个工频开关的桥臂取代得到,使得对地寄生电容电压在半周期内保持不变,有效地抑制漏电流至几乎可以忽略的程度。同时,该拓扑保持了双Buck电路无桥臂直通、体二极管不工作等特点,又降低了器件电压应力,使得桥臂输出变为单极性调制波。通过与各种无漏电流结构的综合比较可知,该拓扑除在器件总量上比H5结构多一个功率管外,在有源器件数量、通态电流经过器件数量、高频开关器件数量、是否需要均压控制等方面,均有一定优势,有助于降低系统复杂度,提高可靠性与变换效率。仿真与实验验证了上述分析。     

一种Buck型高频隔离三电平逆变器

针对传统Buck型高频隔离两电平逆变器在高压大功率场合中开关管电压应力大的不足,研究并设计了一种Buck型高频隔离三电平逆变器。该Buck型三电平逆变器电路拓扑具有功率开关管电压应力小,输出交流电压波形质量好,谐波含量少等特点。在提出逆变器拓扑的基础上,对其工作原理进行了详细的叙述,并设计了基于电压瞬时值反馈的闭环控制策略。该控制策略可以很快地响应输入电压与输出电压的变化。最后基于Saber搭建仿真模型仿真验证拓扑的正确性,并在实验室制作了一台1 k W的样机,对理论分析结果进行了实验验证,实验结果验证了该Buck型高频隔离三电平逆变器的正确性和实用性。     

三电平双降压式全桥逆变器

提出了一种新颖的三电平双降压式全桥逆变器。该逆变器是在两电平双降压半桥逆变器基础上改进得到,保留了双Buck逆变器无桥臂直通、无体二极管反向恢复问题的优点和半周期工作模式,又克服了其缺点：器件耐压要求减半,更适合高压的输出场合;其桥臂输出不再是传统半桥型逆变器的两电平双极性调制波,而是直流电压利用率高、谐波含量小的三电平单极性调制波;其输入侧不再像半桥型逆变器那样需要2个大电容进行分压。该逆变器是一种高效高可靠且体积小的性能优异的逆变器。试验验证了以上分析的正确性。     

一种双直流输入多电平双Buck逆变器

提出一种包含两个直流输入端口的多电平双Buck逆变器。通过在传统双Buck逆变器中引入双直流输入三电平开关单元,构建低压直流输入源与逆变器交流输出侧的直接功率通路,使得低压直流输入源的部分功率无需经过逆变器前级升压电路处理,有效减小了逆变器前级升压电路的功率应力和损耗。同时,逆变器利用两个直流输入在交流电压周期内实现五电平输出,有效减小了逆变器自身开关管的电压应力和开关损耗。此外,逆变器保留了传统双Buck逆变器无桥臂直通、无体二极管反向恢复问题的优点。详细分析逆变器的工作原理和特性,并给出一种适应宽直流电压范围的载波自适应调制策略。实验结果证明了所提出双直流输入多电平双Buck逆变器及其控制策略的正确性和有效性。     

新型双Buck并网逆变器及其双二阶滑模控制

为了解决双Buck逆变器直流输入利用率低、磁件体积重量大的缺陷,提出一种新型双Buck全桥并网逆变器拓扑,所用器件较少,结构简单;且为使该新型拓扑输出高质量的并网电压和电流,采取以电容电压和电感电流双二阶的滑模控制策略.分析新型拓扑的工作模式和等效电路,给出双二阶滑模控制器的设计过程.仿真与实验结果表明,采用双二阶滑模控制策略下的新型双Buck全桥并网逆变器能够具有很好的动态和稳态性能,且输出的并网电压谐波畸变率小,对直流输入和电网电压扰动的抑制能力强,适应于新能源发电的并网.     

二极管钳位型双Buck三电平逆变器输入均压解耦控制

输入电容均压是多电平逆变器的关键问题,多电平调制与输入均压耦合,造成多电平变换器电路结构与控制繁杂、调节速度慢。利用双Buck电路包括2个Buck桥臂、并按电流半周期工作的特点,提出一种二极管钳位双Buck多电平结构,在任一时刻,由其中一个Buck桥臂实现逆变,而另一个Buck桥臂工作于逆向Boost状态,对输入分压电容充电,逆变控制与钳位电压均衡控制可完全解耦。在电平数较多的情形下,该方法有助于减少器件数量,降低系统复杂度,提高可靠性。对三电平情形进行了仿真与实验验证。     

一种新型隔离式三电平AC-AC变换器

针对传统AC-AC变换器在大容量变换领域中存在的开关管电压应力高、谐波干扰严重等问题,提出了一种新型的高频隔离式半桥三电平AC-AC直接变换器.深入分析了该变换器的高频开关工作过程,对变换器的6种工作模式进行了详细阐述.经过对输出滤波器前端电压进行傅里叶分析,发现频谱结构得到改善,谐波成分减少.为能快速响应输入及输出电压的变化,采用基于电压瞬时值反馈的SPWM控制策略.仿真分析和实验结果说明变换器具有改善输出波形质量、抑制谐波干扰的作用,三电平开关单元的电压应力为两电平的一半,适用于高压大功率变换场合.     

耦合电感三电平双降压式逆变器

双降压式逆变器是一种可靠性和转换效率均较高的新型逆变器,针对其直流电压利用率低、桥臂输出仍为双极性PWM调制波的缺陷,提出了一种新型三电平双降压式逆变器,充分利用双降压式逆变器的半周工作模式,使桥臂输出改进为三电平PWM调制波,并降低了功率器件的电压应力。但在电感电流断续区可能出现高的器件电压尖峰,通过将两电感耦合,可对桥臂电压进行钳位消除电压尖峰,同时也减小了磁件本身的大小。耦合电感三电平双降压式逆变器在减小体积重量的同时保持了高效率、高可靠性。试验结果验证了以上分析的正确性。     

五电平双降压式半桥逆变器

以双Buck电路为基本单元构建多电平逆变器,提出新颖的五电平双降压式半桥逆变器。该拓扑结构不同于传统飞跨电容型、二极管箝位型或级联型多电平逆变器,它保留了双Buck逆变器无桥臂直通、无体二极管反向恢复问题的优点和电流半周期工作模式。与传统桥式多电平逆变器相比,钳位电路得到简化,电路复杂度降低,无桥臂直通隐患,系统稳定性提高。理论分析、仿真和实验结果均表明该逆变器性能优异,同时实现了高效率和小的滤波器体积重量。     

单相全桥三电平逆变器的控制与仿真

文中提出了一种对称型的单相全桥三电平逆变器,逆变器主要由两个桥臂组成,且每个桥臂有四个开关管,每个开关管的电压应力只有输入电压的一半。文章详细介绍了一种正弦脉宽调制(SPWM)控制策略,由两个同相的三角载波和正弦调制波的正反相分别交接得到四个不同的脉冲信号,再结合稳定性好的双闭环控制策略,这种控制方法提高了单相全桥逆变器输出电压的外特性。通过Matlab/Simulink的仿真,在SPWM双闭环控制策略的情况下,三电平逆变器的输出电压在负载波动时基本保持不变。同时验证了单相全桥三电平逆变器的优点和SPWM双闭环控制策略的有效性。     

五电平双降压式全桥逆变器

该逆变器是在两电平双降压半桥逆变器基础上改进得到的,它保留了双Buck逆变器无桥臂直通、无体二极管反向恢复问题的优点和半周期工作模式,是一种和传统的飞跨电容型、二极管钳位型或级联型都不相同的多电平逆变器.同传统多电平逆变器相比,电路复杂性和器件数量降低,控制简单易实现,无桥臂直通隐患.理论分析和实验结果均表明了该逆变器的优异性能,同时实现了高效率和小的滤波器体积重量.     

基于三电平逆变器的内置式永磁同步电机矢量控制研究

三电平逆变器输出电压波形比两电平逆变器增加一个台阶,其谐波含量低、波形质量好,有利于实现输出电压的正弦化,且单个开关管承受的电压应力小,适合向高压大容量方向发展。内置式永磁同步电机(IPMSM)为三相正弦波输入控制,用三电平逆变器来驱动IPMSM,有利于减少IPMSM的转矩脉动,实现高性能的调速控制。对基于三电平逆变器的IPMSM矢量控制技术进行了研究,建立了系统仿真模型。仿真结果表明:该系统的三电平逆变器输出电压波形正确,IPMSM的转速能准确跟踪参考转速,电机动态、稳态性能良好。     

预测电流控制三电平双Buck并网逆变器

三电平双Buck逆变器因其高效高可靠性被广泛运用于新能源发电、不间断电源等变流领域。针对三电平双Buck逆变器采用变频滞环电流控制谐波频谱宽、输出滤波器设计困难;采用恒频PI控制参数设计复杂、调试周期长的问题。提出一种恒定开关频率的改进预测电流控制方法实现三电平双Buck并网逆变。恒定的开关频率谐波频谱固定、易于滤除;改进预测电流控制为比例项+预测项实现,仅需进行比例参数调节,简化了参数调试周期。最后通过仿真及原理样机实验验证了所提出设计方法的可行性。     

基于无桥PFC的单相三电平变换器设计

针对传统的Boost功率因数校正(PFC)电路存在效率低以及输入电流谐波含量大等缺点,提出了一类新型无桥三电平PFC电路。该电路设计了一个单开关管双向开关单元,去除二极管整流桥,减小电路损耗。此外,通过级联一个T型双向开关分支将输出电压电平数抬升至三电平,降低开关电压应力,提高输入电流的电能质量。结合多载波脉宽调制法和双闭环控制策略来产生开关脉冲信号,控制开关管的有序通断,实现桥臂电压三电平输出。以对称无桥三电平PFC电路为例,通过matlab/simulink搭建一个1 kW仿真平台进行试验,在稳态和动态下分析所提电路的有效性和可行性,并测得该电路输入电流THD为3.45%,效率最高为97.5%。     

复合型级联双Buck飞跨电容五电平逆变器

为了提高效率、改善波形和实现高频化,提出复合型级联双Buck飞跨电容五电平逆变器。由耐压功率元器件构成的全桥电路实现基波频率波形,由低压高频率的元器件构成双Buck为基础的飞跨电容逆变电路,改善了波形,提高了整机效率。该拓扑具有双Buck与飞跨电容逆变器的双重优点,双Buck逆变器具有无桥臂直通、无体二极管反向恢复问题的优点和电流半周期工作模式,使得高频化和高效率得以同时实现。飞跨电容逆变器可以通过逻辑电路选择冗余模态,从而控制飞跨电容的充放电来实现飞跨电容电压的平衡,并且对该电路进行了理论分析及实验验证,该电路可拓展为更高电平。     

四桥臂微网逆变器高性能并网H-∞控制研究

微网三相逆变器输出电压波形受电网畸变电压、负载谐波电流和直流侧电压中点平衡的共同作用,为使直流侧电压中点维持稳定,并使输出电压波形跟踪参考电压,针对一种四桥臂逆变器结构进行建模,采用H-∞控制策略构造高带宽鲁棒控制器对中线桥臂和三相桥臂进行统一控制。仿真和实验表明,在较大中线电流和电网电压畸变情况下,中线桥臂能够控制中点输入和输出电流近似相等,三相桥臂能够使输出电压维持较低的谐波畸变率,提升微网供电质量。     

一种新型不对称三相准四电平四桥臂逆变器及abc坐标系下三维空间矢量脉宽调制算法

相较于传统两电平逆变器,多电平逆变器因具有更多的输出电平、更低的开关损耗低和电压应力,以及质量更好的输出电压波形,在中高压领域已得到广泛应用,但其也存在成本高、体积大、调制算法复杂及同类型器件难以匹配等问题。为此,提出一种新颖的三相准四电平四桥臂逆变器拓扑结构及其空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)算法,不需要钳位二极管或飞跨电容,简化结构并节约成本。仿真及实验结果表明,在最高10k Hz的开关频率条件下,仿真及实验输出电压的总谐波畸变率(total harmonic distortion, THD)可分别控制为0.78%和4.904%,相较于传统三电平逆变器,其输出谐波含量及开关频率更低,且转换效率提高近2%。     

基于双调制波的MMC载波调制策略

针对运行在低开关频率下的模块化多电平换流器(MMC)在传统载波调制中存在的输出电压总谐波畸变率(THD)高、子模块电压脉动幅值大等问题,提出了一种双调制波载波脉宽调制(DMWPWM)策略.将两个调制波的载波进行反相,以实现桥臂电平两倍的等效开关频率输出,降低输出电平的低频谐波分量.为尽可能减小排序均压控制过程中所导致的子模块电容电压过充及过放,通过无差拍预测定量分配控制误差最大的子模块的充放电投切时间以减小幅值波动.最终通过17电平MMC硬件以及仿真平台对桥臂输出电平频谱分布、子模块电压幅值脉动及幅值方差、输出电压THD进行对比研究.仿真和实验结果均表明DMWPWM策略可有效降低输出电压THD,并减小桥臂中的子模块电压幅值方差.