一种优化的级联型多电平变换器拓扑

本文提出了一种优化的级联型多电平变换器，它可以由任意个任意类型的H-桥单元级联构成。各个H-桥通过设置合适的直流电压比，可以得到最大电平数的输出。相对于传统的级联型拓扑，在得到相同输出电平的情况下，新拓扑可以使用较少数量的开关器件和较少数量的独立电压源，从而简化电路，降低成本。本文以两电平H-桥(2-H)和飞跨电容型三电平H-桥(3-H)级联构成的拓扑为例进行了分析研究，并采用混合调制的方法通过仿真验证了该优化拓扑的可行性。     

不对称两单元H桥级联逆变器的混合载波PWM方法

与传统的级联H桥变换器相比,混合级联多电平变换器在相等的级联单元下可以输出更多的电平,减少了开关器件和隔离电源的数目,因而受到越来越多的关注。混合级联多电平变换器的发展,对其调制策略的研究和改善提出了新的要求。该文对混合级联拓扑常见调制策略的问题进行分析,提出一种针对不对称两单元H桥级联逆变器的混合载波脉宽调制方法。此方法在高压单元工作频率较低的情况下,对低压单元进行倍频调制,改善了输出电压的波形质量。同时在整个调制比范围内能有效解决传统混合调制方法中存在的功率倒灌问题。仿真与实验结果验证了该调制方法的可行性与有效性。     

一种改进的级联型多电平变换器拓扑

该文提出了一种改进的级联型多电平变换器，它可以由任意个H-桥单元级联构成。其中的H．桥可以是两电平，也可以是二极管箝位型或电容箝位型的任意电平，不同单元采用不同的独立直流电压源。相对于传统的级联型拓扑，在得到相同输出电平的情况下，新拓扑可以使用较少数量的开关器件和较少数量的独立电压源，从而简化电路，降低成本。该文以两电平H-桥(2-H)和飞跨电容型三电平H-桥(3-H)级联构成的拓扑为例进行了分析研究和仿真验证。     

单元级联型变频器SPWM控制算法研究及实现

简单介绍了级联型多电平变频器的拓扑结构及其级联输出.详细研究并分析了单元串联多电平变频器的多载波式控制算法.应用Madab软件对11电平的单元级联型系统进行了建模和算法仿真.仿真结果表明,采用载波移相方法,级联式多电平变频器具有优越的控制性能,输出电压波形非常接近正弦波,电压变化率小,输出电压和电流的谐波含量小、共模电压小等.采用基于DSP和FPGA产生30路SPWM控制信号,试验输出电压波形进一步证明了仿真结果的正确性.     

主从式级联多电平变换器及其控制方法的研究

针对混合级联多电平变换器的输出电压等级和中间单元功能不明确的缺点,提出了一种主从式级联多电平功率变换器的拓扑组合结构.主变换器用来实现基波功率输出,从变换电路用来改善输出波形质量.该主从式级联多电平变换器具有输出波形质量高、开关损耗小、系统整体效率高等显著优点,特别适用于高压或超高压功率变换系统,是一种非常实用的电路拓扑组合方式.文中给出了适合于该功率变换器拓扑结构的两种控制策略:三角载波调制控制策略和特定谐波消除(SHEPWM)控制策略,并给出了50Hz下三角载波控制策略的仿真结果.仿真结果证明了所提的主从式级联多电平功率变换及其控制策略的有效性和实用性.     

全桥电流源型高频环节三电平AC-AC变换器

本文在传统全桥电流源型AC-AC变换器的基础上,根据多电平技术的优点,在AC-AC变换技术中引入多电平技术,提出了一种全桥电流源型高频环节三电平AC-AC变换器。该变换器具有高频电气隔离、电路拓扑简洁、两级功率变换(LFAC/HFAC/LFAC)、网侧功率因数较高、负载适应能力强、音频噪音小、输出只需电容滤波减小输出滤波器,提高了变换器功率密度等优点。分析研究了变换器的工作模式、稳态特性与电压瞬时值反馈控制策略。理论分析及仿真实验表明,该变换器输出电压波形质量好,滤波器前端获得三电平,减小了开关管电压应力。     

双电机异步驱动的三端口级联多电平变换器及再生能量分配系统

为解决工业现场多电机运行及再生能量利用问题,提出一种可同时驱动双电机异步运行的三端口级联多电平变换器拓扑及控制系统。将传统H桥级联多电平变换器与六边形变换器拓扑结合构成一个三端口AC/AC/AC结构。其中,H桥级联变换器每单元前端通过移相变压器接入电网,作为输入端口;六边形拓扑相邻顶点则构成两交流输出端口。采用恒压频比控制,结合功率分配分析,分别给定两输出端口控制信号,驱动双电机异步运行。六桥臂可等效为两组耦合三相对称电源,将一台电机再生能量转移供给另一台电机的电动运行,以此提出新的能量流动路径,降低单元直流侧电容电压泵升。以12单元6桥臂的三端口级联多电平变换器为例,通过Matlab仿真及实验结果验证了该拓扑及控制策略的可行性和有效性。     

级联型多电平变换器一般构成方式及原则研究

级联型多电平变换器类似于积木化的结构,本文按模块单元的结构形式,将级联型多电平变换器分为相同单元和不同单元两类,以输出最大电平数为目标,系统地分析模块单元个数与最大输出电平数、输入直流电压与最大输出电平数、以及输出电平数与谐波畸变率之间的关系,从中归纳得到构造级联型多电平变换器的指导原则.仿真和实验证明了文中理论研究的正确性.     

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。     

单元级联型多电平逆变电源研究与实现

单元箱 H 桥级联型多电平逆变器因输出电压谐波含量低以及电压变化率 du/dt小等优点,在高压逆变器中得到广泛的运用.首先分析了３种不同结构的级联型拓扑的优缺点,选用 H 桥级联型多电平拓扑方案作为所设计的中频逆变电源拓扑;然后分析了几种常用 H 桥级联型多电平调制算法的优缺点,选用载波移相调制算法作为 SPWM 波形输出的调制算法;最后根据所选方案和分析结论,设计和研制出一台实际９个 H 桥单元级联并且额定输出电压 为２４００VAC,输出频率为１００Hz的中频逆变电源进行试验,验证了所提方案的可行性,并且该逆变电源在感应加热 应用性能十分优越.     

直流电压不等级联型逆变器一维矢量调制研究

H桥级联型多电平逆变器由于具有良好的输出波形得到广泛运用,对直流电压相等的H桥级联型逆变器,当H桥直流电压由于功率元器件差异或运行过程中负载瞬时突变等出现不等或波动时可能引起输出电压、电流波形变化,各H桥输出功率不等,严重时甚至损坏变频器.对于H桥级联型多电平逆变器传统的控制方式都是建立在H桥直流电压相等的前提下,研究了H桥直流电压不等的情况,提出了适合直流电压不等的一维矢量调制技术和直流电压不等时实现H桥等功率输出的一维矢量调制.提出的方法在两单元级联型变频实验装置上进行了验证.     

全桥逆变器内部故障分析与定位

级联H桥多电平逆变器可以用相对低耐压的器件满足高压、大功率应用场合的要求,因此变得越来越重要,但是其大量的使用开关器件却增加了故障出现的概率,限制了其在重要场合的应用。故此,在对级联H桥多电平逆变器的基本构成单元(单相全桥逆变器)进行研究,对其故障类型进行分类,分析其在发生故障时的电压输出波形,电流流向及其谐波特性的基础上提出了一种定位故障器件的方法。此方法可为级联式逆变器故障分析和冗余设计作参考和理论基础。     

基于调制比优化的单相逆变器主谐波滤除研究

为了使逆变器输出电压的主要次谐波得到最大化的消除,提出了一种确定调制比的方法。首先,利用双重傅里叶级数理论,对级联多电平逆变器在单极性倍频SPWM调制下的输出电压进行分析,推导出输出电压的谐波分布情况。然后,在保证基波幅值不变的情况下,提出了一种选取SPWM调制比的方法,使逆变器输出电压主要次谐波降低。最后,在级联五电平逆变器中,对在不同调制比的情况下,通过软件仿真和硬件实验,验证了所提方法的正确性与有效性。     

45°坐标系下级联逆变器简化空间矢量调制及性能优化研究

研究了H桥级联型逆变器在45°坐标系下简化空间矢量调制,其扇区定位与矢量作用时间计算非常简单,并且易于向每相任意个数H桥级联型逆变器扩展。重点研究了45°坐标系中,通过对简化空间矢量调制方法的改进来实现逆变器输出性能的优化。调制方法的改进具体如下:①为了减少逆变器功率器件的开关损耗,研究了开关频率优化算法,在满足逆变器同样输出要求的同时可以有效减少开关次数;②为了减少逆变器产生的共模电压,研究了抑制零序电压输出的调制算法,其可以有效减少逆变器输出电压中的共模电压,使共模电压在极小的电压范围内波动。最后,仿真与实验结果验证了本文所提方法的正确性。     

新型混合级联多电平逆变器拓扑及调制策略

为解决现有非对称级联多电平逆变器存在低压单元电流倒灌和输出电平数少的问题,提出一种基于开关电容电路的混合级联多电平逆变器。首先,在两单元非对称级联H桥型逆变器的低压单元中嵌入一个开关电容电路,有效避免了低压单元电流倒灌,且输出电平数得以增加。然后,为减少所提方案应用于三相系统时所需直流电源的数量,提出了用三电平中点箝位型或T型逆变器电路作为高压单元的三相混合级联多电平逆变器拓扑。之后,针对所提逆变器拓扑的特性,提出了含有移相载波和层叠载波的混合调制策略,在满足逆变器输出高质量正弦脉宽调制电压波形的同时,有效减小了开关电容电压纹波和开关器件的切换频率及开关应力。最后,通过实验验证了所提混合级联多电平逆变器拓扑及调制策略的可行性。     

一种新型高效率独立逆变电源的研究

针对低压大电流输入的独立式逆变电源系统,提出了一种中间直流母线电压不固定的电路结构。该逆变电源前级采用一种占空比不调制的LCL谐振软开关推挽式DC-DC变换器,串联的后级采用单极性调制的全桥DC-AC变换器。详细分析了前级谐振型DC-DC电路的工作原理。针对中间母线电压不调制的特点,提出了一种干扰抵消的后级DC-AC电路的控制方案。制作并测试了一台220VAC输出的1kW逆变器,在额定状态下效率大于90％,输出电压调整率也达到要求。     

电容钳位H桥级联多电平逆变器功率均衡控制方法

针对电容钳位H桥级联多电平逆变器载波层叠SPWM调制方法中存在功率不均衡的问题,对该逆变器各个级联单元的有功功率输出进行理论分析,提出了一种改进载波层叠方式的功率均衡控制方法。该方法在不影响逆变器输出电压波形质量的前提下,通过保证该逆变器各个单元输出电压波形的基波幅值相等的方式,可以在一个输出周期内实现各个级联单元的输出功率均衡。以两单元电容钳位H桥级联多电平逆变器为例,进行了仿真分析和对比研究,详细给出了改进功率均衡控制法与传统控制方法下输出电压谐波失真(total harmonic distortion,THD)和输出功率的对比曲线,以及两种方法下逆变器输出的电压波形及其频谱图,结果验证了该控制方法的可行性与优越性。     

基于载波自由度的改进载波移相PWM技术

载波移相(CPS-PWM)应用于级联H桥型(CHB)多电平逆变器时,虽然各级联单元具有功率均衡的特点,但输出电压的直流电压利用率较低,且低调制度时谐波性能比较差.针对这2个问题,提出一种改进的CPS-PWM调制技术,该调制技术基于载波形状自由度,利用改进的载波代替原CPS-PWM中的三角形载波进行调制,通过状态空间平均...     

Sinusoidal Pulse-width Modulated Three-phase Multi-level Inverter Topology

Abstract—This article presents a sinusoidal pulse-width modulated three-phase multi-level inverter topology. In this configuration, the basic two-level, three-phase inverter is modified to synthesize higher voltage levels by the insertion of two auxiliary switches per phase leg. The multi-level inverter configuration generates output voltage levels similar to the corresponding well-known conventional diode-clamped flying capacitors and cascaded H-bridge inverters but with fewer power circuit components and more simplicity. For output voltage and frequency variations demanded by such applications as variable-speed drives, active power filters, photovoltaic power conversions, etc., the sinusoidal pulse-width modulation technique is employed in the generation of the gating signals for the proposed three-phase multi-level inverter. A balanced three-phase R-L load is applied at the inverter output terminals, and the inverter performance is compared with that of other sinusoidal pulse-width modulated conventional multi-level inverter configurations. The validity of the proposed multi-level inverter topology and the modulation scheme are verified through simulations and experiments.     

级联型变频器输出性能与调制度关系的分析

幅值调制比是PWM调制技术中一个重要的参数.基于此,分析了级联型多电平变频器调制度与输出性能的关系:它不仅与输出电压的高低密切相关,而且还与输出电平数、输出谐波等有关,调制度区域越小,输出电平数越少,谐波含量也越高,因此其输出性能也越差.最后,通过仿真和实验验证了理论分析的正确性.