多电平变换器拓扑关系及新型拓扑

多电平变换器在高压大容量电力电子及交流调速系统中已经得到了广泛应用.本文对多电平发展的历程进行了回顾,分析了多电平拓扑结构之间的联系,提出了通用多电平拓扑简化成其他多电平拓扑所要遵循的规律.在此基础上,提出了两种新的拓扑结构,并对其工作原理和控制方法进行了仿真研究.仿真结果验证了所提出的拓扑和控制方法的可行性,也进一步...     

高功率多电平变换器的研究和应用

本文对高功率多电平变换器的主电路拓补结构,控制策略,研究应用现状及发展前景进行了较为详细的讨论,并据此对多电平变换器今后的研究方向提出了建议。     

一种具有冗余功能的多电平变换器拓扑

从提高多电平变换器的可靠性出发，在分析了开关器件发生故障时对电路运行影响的基础上，提出了一种具有冗余功能的多电平变换器拓扑结构。在该拓扑中，当电路的一部分发生故障时，可以利用冗余资源以及改变控制方式来实现发生故障电路的功能，以保证系统的主要功能正常运行，从而提高整个系统的可靠性。同时，该拓扑具有电压自平衡能力，无需额外的中点电位平衡电路。该文以该电路拓扑的五电平为例进行了分析研究，并通过仿真验证了其可行性。     

多电平功率变换器主电路拓扑结构综述

主电路拓扑结构是多电平功率变换器研究的关键内容之一。中高压功率变换器高电压、大容量的特点,客观上决定了其主电路由较多的主开关器件组成,主电路构成元件的增加决定了其拓扑结构的丰富多样。本文对近年来多电平变换器的主电路拓扑结构的发展进行了较为详细的综述研究,对其发展趋势进行展望,认为除了采用传统的依靠灵感和经验来发展新拓扑外,更重要的是寻找一种严密、科学、系统的拓扑发展方法,从而找到多电平功率变换器的拓扑结构的完善集,并根据实际应用研究具体拓扑的最优化方案,以实现高性能、高可靠、低成本的功率变换系统。     

多电平变换器拓扑结构和控制方法研究

多电平变换器作为一种应用于高压大功率变换场合的新型变换器，其电路拓朴结构和PWM控制方法是当前的一个研究热点。基于电平箝位方式对多电平变换电路进行了分类，比较了“二极管或电容箝位”和“使用独立直流电源箝位”两类典型多电平电路拓扑结构的优缺点，并将现有的多电平PWM控制方法根据其优缺点进行了比较，指出了其适用范围。     

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。     

混合二极管箝位多电平变换器的拓扑结构研究

二极管箝位多电平变换器在控制功率的双向流动方面有优势．因而在中压变频调速领域和交流柔性供电系统中有着良好的应用前景。将经典二极管箝位多电平变换器中的每个箝位二极管中性点，用1个两电平逆变器桥臂和电容并联单元代替，得到了所谓的混合二极管箝位多电平变换器，在相同电平数的条件下，所使用的箝位二极管的数目有所减少，适用于对波形质量要求较高的中压功率变换场合。分析了电路的工作机理，采用电力电子专用仿真软件PSIM6和特定谐波消除脉宽调制控制策略，对所提的混合二极管箝位多电平变换器进行了仿真研究．仿真结果证明了所提拓扑的有效性。     

拓扑优化中压级联多电平变换器及MPC设计

级联H桥多电平变换器在中压大功率应用场景需配合使用具有多个二次绕组的移相变压器为每个H桥模块提供独立的直流源,从而存在系统成本较高的问题,对此,提出了一种拓扑优化中压级联多电平变换器及其模型预测控制(MPC)。新型级联多电平变换拓扑每相只需一个独立直流源,故所需二次绕组数量大为减少,同时每相使用中点箝位(NPC)三电平模块,可将整个系统的复杂度和成本降至最低。进一步,建立了新变换器的离散时间域数学模型,并引入了MPC完成了直流侧电容电压和输出电流的多目标控制。利用小功率变换器样机进行了实际测试,实验结果验证了新型级联多电平变换拓扑的优势以及MPC的效果。     

基于基本单元串-并(并-串)思想生成多电平变换器拓扑的方法

提出多电平变换器基本构成单元的概念,并从这一概念出发,提出了基于基本构成单元串-并 (并-串)思想生成多电平变换器拓扑的方法.以此方法得到的大量多电平变换器拓扑,不仅涵盖了已有的三类基本多电平电路拓扑,而且得到一些新的拓扑结构,从而将多电平变换器拓扑统一在基本构成单元的概念之内.为了验证所得到拓扑的正确性,分别以串-并(并-串)的两个拓扑为例,进行了仿真和实验验证.这一概念也为多电平变换器新拓扑的生成提供了指导原则.     

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。     

基于多电平控制的高压大功率变频器研究

分析了一种基于多电平控制的高压变频器拓扑结构,通过采用带中间抽头的输出变压器,完成三电平逆变模块的串、并联连接,从而实现变频器高压、大电流的多电平输出。同时,采用优化输出电压波形的控制方法,有效抑制了输出电压的特定谐波,因此该结构的变频器适用于对变频器输出谐波敏感的大功率负载。     

Four-Arm Three-Phase Modular Multilevel Converter (4A-TPMMC)

In this paper a Four-Arm Three-Phase MMC (4A-TPMMC)-based DC–AC converter is proposed. The proposed converter generates a three-phase output voltage using a lower number of components, which reduces the converter complexity and cost. The concept of the proposed approach is presented in this paper. A comparison between the conventional Six-Arm Three-Phase MMC (6A-TPMMC) and the proposed 4A-TPMMC is conducted. Two simulation models are built, one for the 6A-TPMMC, and the other for the proposed 4A-TPMMC. The simulations are carried out for the same number of submodules per arm and the same AC output voltage magnitude. Moreover, a case study using the proposed 4A-TPMMC, as a three-phase medium voltage motor drive, is considered. Finally, an experimental validation for the proposed 4A-TPMMC is presented to prove the viability of the claimed contributions.     

基于多电平逆变器的高频感应加热电源若干问题的研究

由于功率金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)电压容量等级较低,为实现高频感应加热电源的大功率输出,对基于多电平变换技术的串联谐振电压源逆变电路在感应加热电源中的应用问题进行了研究.给出了一种带无源无损吸收电路的多电平逆变拓扑结构以及吸收电路的参数设计方法,实现了逆变电路中二极管反向恢复现象的抑制及功率器件开关条件的改善;通过对逆变电路死区工作过程的分析,确定了逆变电路的信号触发方式,解决了负载电压二次换向及电压波形的调整问题.通过工作频率为500kHz的感应加热电源的仿真和实验结果,验证了研究工作的可行性及正确性.     

多电平功率变换器的PWM控制策略综述

对多电平功率变换器的PWM控制策略进行了较为详细的综述研究,对其发展趋势进行了展望。多电平变换器的拓扑结构的丰富性和多电平PWM控制自由度的增加,决定了多电平逆变器PWM控制方法的灵活性和多样性,所以可能存在全新的、更加有效的PWM控制方法,控制方案的增加使得控制方案的优化问题显得非常重要,这将是多电平PWM的一个必然的发展方向;每一种主电路拓扑结构都有不同的中间变量控制任务,导致了多电平功率变换器的PWM控制目标多、任务大、难度大、综合性强,综合考虑中间变量控制、开关损耗最小化控制和具体拓扑结构与控制目标相结合的整体优化方法等,将是多电平逆变器PWM控制的主要发展方向。     

Low‐Voltage‐Ride‐Through Performance of an HVDC Transmission System Using Two Modular Multilevel Double‐Star Chopper‐Cells Converters

This paper presents an intensive discussion on a long‐distance high‐voltage direct‐current (HVDC) transmission system that combines two modular multilevel cascade converters based on double‐star chopper cells (MMCC‐DSCC) with DC power cables. Hereinafter, a single MMCC‐DSCC is referred to as a DSCC converter or just as a DSCC for the sake of simplicity. The HVDC transmission system is required to provide low‐voltage‐ride‐through (LVRT) capability to enhance transmission system availability. This paper proposes a new LVRT method without any direct information exchange between the two DSCC converters. The validity of the method is verified, using simulated waveforms from the software package of “PSCAD/EMTDC” and experimental waveforms from a three‐phase 200‐V, 400‐Vdc, 10‐kW, 50‐Hz downscaled HVDC system with a set of 300‐meter‐long DC power cables.     

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.     

级联型多电平高压变频器研究

介绍了级联型多电平变频器的主电路拓扑及其工作原理,并阐述了载波相移脉宽调制技术的基本原理。设计了一台级联型多电平变频器样机,试验波形验证理论的可行性。该变频器采用模块化结构,发展前景好。     

多级脉冲序列控制Boost变换器

针对开关DC-DC变换器的非线性控制问题,提出多级脉冲序列控制方法,并对工作于电感电流断续模式的多级脉冲序列控制Boost变换器进行分析。多级脉冲序列控制策略通过在若干连续开关周期内,产生能量等级不同的控制脉冲信号所组成的脉冲序列,实现对DC-DC变换器功率电路的控制。分析了多级脉冲序列控制的基本原理和工作过程,并对多级脉冲序列控制断续工作模式Boost变换器进行了稳态工作特性分析和稳定性分析。与已有的脉冲序列控制相比,采用多级脉冲序列控制的Boost变换器在具有快速动态响应能力的同时,能够有效减小稳态工作时的输出电压纹波。仿真和实验结果验证了控制策略的可行性以及理论分析的正确性。