单相五电平有源中点箝位型光伏逆变器悬浮电容电压平衡策略研究

分析了一种五电平 ANPC逆变器拓扑及工作原理,针对此拓扑的悬浮电容电压平衡问题,给出了一种悬浮电容电压的平衡方法.该方法以载波周期交替选择同一输出电平的不同冗余状态,并通过实时检测悬浮电容电压,采取电压滞环控制策略,实现悬浮电容电压平衡.该平衡方法减小了悬浮电容容值和体积,实现了上下侧开关管损耗的均衡分布,为样机的热设计提供了良好基础.最后搭建了３．３kW 样机对理论及仿真结果进行验证,证明了该平衡策 略的可行性。     

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。     

十七电平变换器无悬浮电容电压传感器控制

针对非隔离十七电平变换器悬浮电容电压采样电路设计复杂、传感器体积大,硬件成本高等问题,提出了一种改进型无悬浮电容电压传感器控制方法。首先,对十七电平变换器的拓扑结构及工作原理进行了详细分析,并给出了十七电平单载波脉宽调制(PWM)策略的实现方式。然后,通过实时采样输出相电压与母线电容电压,提出了一种悬浮电容电压估算算法,从而实现了无悬浮电容电压传感器的控制。最后,通过仿真与实验验证了所提方法的正确性和有效性。     

新型混合九电平逆变器及其控制策略研究

提出了一种新型混合九电平逆变器拓扑。分析了所提出拓扑的工作原理和调制策略,并研究了基于冗余开关状态选择的悬浮电容电压和中性点电压综合平衡控制策略;最后,通过仿真和实验验证了该拓扑的优越性和电容电压控制策略的有效性。     

级联不对称五电平逆变器电容值分析

相对于其他大多数对称拓扑结构的逆变器而言,级联不对称五电平逆变器在生成五电平的同时,开关状态减少至对称拓扑结构逆变器的二分之一,并且降低了钳位电容和二极管的使用数量,此外,母线电容中点电压也可以实现自平衡。文中基于级联不对称五电平逆变器的拓扑结构,分析了在载波移相PWM调制策略下直流母线电容和悬浮电容的取值问题,并对该拓扑结构进行仿真分析。仿真结果表明,该拓扑结构开关函数简单易于控制,母线电容电压基本保持稳定且能够实现自平衡。选取适当的母线电容值以及悬浮电容值能够非常有效地减小输出的谐波分量,并提高电容的利用率。     

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。     

全桥变桥臂电压源变流器拓扑参数及恒压策略研究

变桥臂多电平变流拓扑(alternate-arm multi-level converter,A2MC)是应用于电压源换流器直流输电的新型多电平换流器拓扑。该文阐述了一种新型全桥变桥臂多电平变流拓扑(full-bridge alternate-arm voltage source converter, FA2MC)的工作原理;针对该新型换流器拓扑,从桥臂能量平衡的角度,对其子单元电容参数进行了合理设计,并针对各子单元电容电压均衡的问题,给出了一种简单有效的电压控制策略及桥臂电感参数选取依据。对该拓扑进行了三相并网模型 PSIM 仿真,并在实验室制作了单相样机,得到的仿真及实验波形验证了该拓扑结构的电容电感参数设计及子单元电容恒压策略的正确性和可行性。     

一种新型混合式单相多电平逆变器的研究

为了提高多电平输出电压的电平数以获得更高质量的输出电压,这里提出了一种新型单相十三电平逆变器拓扑。在分析所提拓扑工作原理的基础上,对悬浮电容电压的平衡控制策略进行了研究。为了解决直流母线电容电压平衡的问题,在直流侧添加了基于滞环比较控制策略的均衡控制电路。最后,通过仿真和实验验证了该拓扑的可行性以及控制策略的有效性。     

模块化多电平变换器三种调制策略及电压平衡控制仿真与对比研究

模块化多电平变换器作为一种新型的多电平拓扑,因为适用于电压源换流型直流输电场合而得到了广泛研究.本文介绍了模块化多电平变换器的拓扑结构和工作原理,并对常用于模块化多电平变换器拓扑的载波移相、最近电平逼近和载波层叠调制策略以及相应的电容电压平衡算法进行了分析,并在PSCAD/EMTDC下搭建了31电平的模块化多电平变换器仿真模型,分别实现了三种调制策略及其电容电压平衡算法,比较了不同调制策略在电压谐波、电容电压平衡、开关频率等方面的表现,并给出了不同调制策略的特点.     

新型低电压应力的电容自均衡七电平逆变器

针对传统多电平逆变器存在的功率器件电压应力高以及电容电压平衡困难的问题,提出一种七电平逆变器拓扑。采用同相层叠脉宽调制策略,研究了开关电容技术与传统多电平逆变器结构的结合,实现七电平电压输出。所提七电平逆变器后端不使用全桥结构得到负电平,开关器件的电压应力小;电容电压能实现自均衡,无需使用传感器检测电容电压,避免了复杂的控制策略和额外的控制回路;可以工作在不同调制因数下;可通过级联来实现更多的输出电平。讨论了逆变器的工作原理、调制策略以及器件电压应力,设计了仿真与实验样机对理论分析结果进行了验证。     

嵌套式中点可控型五电平变换器新型空间电压矢量调制策略

针对嵌套式中点可控型(nested neutral point piloted,NNPP)五电平变换器电容电压平衡问题,提出一种基于gh坐标系的五电平NNPP变换器新型空间电压矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)算法。同时,给出悬浮电容电压平衡和直流侧中点电压平衡控制策略。通过选取各相输出电平对应的冗余开关组合,实现悬浮电容电压平衡。根据中点电压波动模型,提出一种基于开关序列优化(switching sequence optimization,SSO)的中点电压平衡控制策略。采用五段式开关序列设计,建立目标函数,根据中点电压偏差,对开关序列进行动态选择,选取最优开关序列。最后搭建了五电平NNPP变换器实验样机,稳态和动态实验结果验证了所提新型SVPWM算法和电容电压平衡控制策略的有效性。     

适合高输入电压的高频隔离逆变器

不带变压器的逆变器缺少电气隔离,安全程度较低。将高频隔离环节引入多电平逆变器,在具备输出电压质量高、开关管电压应力低等多电平逆变器优点的同时,实现高频电气隔离,提高安全程度,因此适用于较高输入电压的应用场合。对此,文中提出一种高频隔离九电平逆变拓扑,分析该拓扑的工作模态,设计多重载波调制策略,研究直流侧电容电压与母线电流间存在的关系,并据此设计出对电容电压存在相反影响的2种开关序列,给出直流侧电容电压均衡策略。最后,在Power Simulation中搭建仿真模型,并制作1 kVA的实验样机,仿真和实验结果验证了所提新型拓扑、控制方法及均压策略的正确性和可行性。     

不均匀升压的七电平开关电容逆变器

新能源接入电网需要更可靠的逆变器,针对现有多电平逆变器存在拓扑结构复杂和功率器件电压应力高等问题,提出一种不均匀升压的7电平开关电容逆变器。该拓扑结构由双电容开关模块和全桥电路组成,以较少的器件数量和低电压应力实现两倍增益的7电平输出。采用最近电平逼近法和基频调制策略控制开关管的导通顺序,实现电容与电压源的串并联。拓扑结构简单、开关损耗和电压纹波小,且满足电容电压自平衡和不均匀升压功能,极大地降低了电压谐波的畸变率,提高逆变器转化效率。最后对逆变器拓扑结构的工作原理、调制策略和电路参数进行了理论分析,并通过仿真和实验验证了该拓扑结构的可行性与有效性。     

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。     

层叠式悬浮电容逆变器的新型PWM控制方法

采用多电平结构是逆变器实现高电压大容量化的有效途径。层叠式悬浮电容多电平结构可以大大减小电容器的尺寸,并且还具有控制灵活、电平数易扩展等诸多优点,因而倍受青睐,但是该逆变器也存在悬浮电容电压的平衡控制问题。据此本文提出一种新型的PWM方法,该方法不但能够有效控制电容电压的平衡,而且算法计算量小、便于数字化实现,能够保证功率器件的开关频率均衡,利用层叠式五电平逆变器,对该方法的有效性进行了详尽的仿真验证。     

悬浮电容多电平逆变器的通用PWM控制方法

多电平逆变器及其PWM控制是近年来电力电子应用领域的研究热点。悬浮电容多电平逆变器因为不需要独立的直流电源来维持每级电平电压和电平数容易扩展等优点而备受青睐，但是悬浮电容电压的平衡问题却制约其推广应用。针对该问题，该文提出一种理论上适用于任意电平悬浮电容逆变器的通用PWM控制方法，该方法由“波形优化电压合成算法”和“开关状态选择法则”两部分组成。前者基于“伏秒等效”原则，以优化输出线电压波形为目标，由参考波直接确定各相电压电平和相应的持续时间及输出顺序；后者则用于选择合适的冗余开关状态，以同时控制悬浮电容电压的平衡，而且还能保证功率开关频率的均衡，便于实现数字化。该方法在悬浮电容五电平逆变器系统进行了大量的仿真，并给出了部分实验结果。     

一种基于开关电容的单电源升压型六电平逆变器

针对现有开关电容型多电平逆变器存在拓扑结构复杂、器件数量较多、电容电压不平衡以及电压应力较大等缺点,提出一种新型的基于开关电容的六电平逆变器。该电路拓扑由6个功率开关、1个直流电压源和3个电容组成,可以产生2.5倍升压增益的六电平输出电压。此外,由于电容由输入直流电压源直接充电至固定电压,因此电容电压能够实现自动平衡。对所提逆变器的工作原理、PWM调制策略以及电路参数等方面进行详细分析,同时还对该逆变器与现有多电平逆变器进行了对比研究。最后采用Matlab软件建立了仿真模型,仿真结果验证了所提电路的有效性和可行性。     

具有分压电容平衡功能的新型组合九电平逆变器

针对传统多电平逆变器存在电平数大于3时,分压电容难以平衡,造成拓扑电路结构复杂等问题,对扩展NP点的混合H桥拓扑和独立分压电容平衡拓扑电路进行组合,简化并得到一种新型九电平逆变器拓扑电路;针对该拓扑电路提出相应的四载波层叠SPWM策略。通过仿真分析,扩展NP点的混合H桥拓扑中间两个分压电容电压值幅度在基准电压0V上下波动,其幅度达到±25V;而新型九电平逆变器的分压电容电压值在期望值100V上下波动时,其波动幅值小于±5V,因此,从仿真结果表明新型九电平逆变器拓扑结构及调制策略的应用,不仅可降低输出电压纹波的幅值,还能达到分压电容均衡的效果,并减少了两个开关管的应用,降低经济成本。     

基于新型模块化多电平变换器的五电平PWM整流器

模块化多电平变换器以其结构模块化、不需要变压器以及易于扩展到高电平等优点,成为近年来研究的热点。本文针对一种新型的模块化多电平变换器拓扑研究了其悬浮电容电压波动规律。首先从半桥臂的输出功率入手,分析了其功率脉动和一个周期内的能量变化,给出了电容电压波动幅值表达式。针对电容电压在低频下波动较大的问题,提出了一种电容电压波动抑制方法。采用叠加高频零序电压和相间环流的方式重构桥臂电压和电流,通过提高半桥臂输出功率的波动频率来减小悬浮电容的能量波动幅值,进而减小电容电压波动幅值。设计了一台三相五电平的实验样机并对上述控制方法进行了实验验证。     

悬浮式电容空间用三电平直流变换器拓扑研究

提出一种基于悬浮式电容空间用三电平直流变换器的拓扑,通过增加开关器件和电容箝位功能,降低了开关器件电压应力,有利于变换器工作在更高电压等级。同时给出DC/DC变换器升压和降压工作原理,实现了能量双向流动,并在此基础上完成了悬浮电容电压平衡控制策略,保证了输出电压稳定工作的同时箝位电容电压维持不变。最后搭建了悬浮电容DC/DC变换器实验平台,验证了拓扑的正确性和控制策略的有效性。