中压光伏级联系统共模干扰分析及优化

为提高电能转换效率、降低器件的电压应力,大型光伏发电系统通常采用级联式拓扑、模块化设计。介绍了中压光伏级联系统的电路结构,建立了其共模等效电路模型;采用电流探头和示波器对样机的共模电流进行测试,结果验证了模型的有效性;通过对模块内部的干扰耦合路径进行分析,提出了相应的共模干扰优化方案,并由所建电路模型进行仿真验证。     

基于变压器双电容模型的光伏全桥LLC变换器共模干扰建模分析

LLC变换器可以在全负载范围内实现软开关,整体效率与功率密度更易得到提升,在以光伏发电形式为主的直流微网中得到广泛的应用。随着碳化硅等第三代半导体器件的渐渐普及,LLC变换器的工作频率越来越高,其高频变压器寄生电容对变换器共模干扰的影响愈发明显。现有针对变压器寄生电容的简化建模主要基于变压器内部绕组结构,使得集总电容模型的解析式较为复杂,不利于实际应用。对此,基于独立电压变量个数推导出一种适用于全桥LLC变换器共模干扰建模的变压器双电容模型,得到简洁易用的解析计算表达式,该模型可适配不同结构变压器,具有普适性。基于推导的双电容模型建立了全桥LLC变换器共模传导干扰模型,通过Matlab/Simulink仿真验证了所提双电容模型和共模干扰模型的准确性。     

基于磁路耦合的电力电子变压器直流变换技术

针对模块串联型电力电子变压器中变压器数量多、绝缘要求高的问题,设计了一种基于磁路耦合变压器的多有源桥直流变换器结构,能够提高模块化程度和减少高频变压器端口数目,提升系统功率密度.该变换器采用多磁芯高频变压器,变压器原边具有多绕组结构,对应多模块的串联,以满足输入高电压等级的要求;副边则采用单一绕组,对应全桥或多个全桥电...     

三相级联H桥型电力电子变压器电容值设计方法

针对三相级联H桥型电力电子变压器(PET),分析了输入侧瞬时功率波动特性,建立了其直流侧电容电压及中间级高频变压器原、副边电流的时域解析模型,并基于该模型提出一种PET电容值设计方法。基于MATLAB/Simulink仿真平台搭建三相级联H桥型PET仿真模型,并在功率模块测试平台进行实验验证。仿真及实验结果表明该解析模型可以准确地描述电容电压及变压器高频电流的波动特性,进而为主电路参数设计与控制系统设计提供研究基础。     

新型可抑制共模电流无变级联型光伏系统北大核心

着重分析了无变压器隔离的级联型多电平光伏发电系统共模电流产生机理,并且建立共模电流等效电路。在此基础上分析了级联H4(单相全桥)多电平光伏系统共模电流难以抑制的原因,同时提出可有效抑制共模电流的级联i H6拓扑的多电平光伏逆变器。根据理论分析和仿真结果可以验证,相比级联H4系统,所提出的级联i H6系统能够有效抑制共模电流和高频噪声,从而避免EMI滤波器的使用。     

新型可抑制共模电流无变级联型光伏系统

着重分析了无变压器隔离的级联型多电平光伏发电系统共模电流产生机理,并且建立共模电流等效电路。在此基础上分析了级联H4(单相全桥)多电平光伏系统共模电流难以抑制的原因,同时提出可有效抑制共模电流的级联i H6拓扑的多电平光伏逆变器。根据理论分析和仿真结果可以验证,相比级联H4系统,所提出的级联i H6系统能够有效抑制共模电流和高频噪声,从而避免EMI滤波器的使用。     

开关电源中变压器共模传导噪声抑制能力的评估方法

传统的利用LCR表测量开关电源中变压器原、副边绕组间结构电容参数的方法不能有效反映线圈绕组电位分布以及屏蔽层对共模噪声传输的影响。根据电磁场理论详细分析了变压器原、副边绕组间电场耦合的深层机制,进而采用了一种利用频谱分析仪、网络分析仪或EMI接收机等二端口测量仪器的评估方法。。该方法有效考虑了变压器线圈绕组的电位分布、绕组结构方式和屏蔽层铜箔的影响。最后通过实验验证了该方法的有效性和可行性,从而为变压器的电磁兼容特性研究以及批量生产中变压器的共模电磁兼容特性质量控制提供了一种简单有效的评估和测试方法。     

开关电源高频变压器电容效应建模与分析

该文分析了开关电源中高频变压器在考虑了变压器绕组导体的电位分布情况下的电场储能特性和共模电磁干扰发射特性。指出采用一端口入端电容描述电场储能效应，而采用二端口转移阻抗电容描述共模电磁干扰发射效应，并提出了相应的参数计算方法。在此基础上，建立了新的高频变压器电容效应模型，该模型可以同时兼顾变压器的电场能量储存特性和共模噪音抑制特性，能合理地揭示变压器内共模噪音电流的流动机理。实验和仿真结果均验证了理论分析和模型。     

中压H桥模块的电磁干扰建模及测试方法

H桥单元作为中压级联系统的核心单元,掌握它的电磁干扰(electromagnetic interference,EMI)特性是准确评估级联系统电磁兼容性能的关键。为建立中压H桥模块的电磁传导干扰模型,首先指出H桥模块所用的高压绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)模块的存在铜基板涡流,会对传统的阻抗测试方法产生影响,并以双脉冲测试与仿真结合提取IGBT半桥模块的分布寄生参数,建立其动态模型。其次,针对测试现场的非理想接地问题,评估电抗器的接地阻抗水平,拟合H桥负载电抗器的差、共模阻抗参数;指出中压H桥模块浮地工作的特点,并结合其机壳的钳位方式提取对地分布参数,建立中压H桥模块全电路EMI模型。最后,为对所建立模型的有效性进行验证,提出一种消除无源探头终端负载效应的补偿方法,解决了无源探头在提取高压信号的高频频谱时存在误差的问题,将该方法应用于中压H桥模块的EMI测试。测试结果验证了该补偿方法的有效性及所建立中压H桥模块全电路EMI模型的准确性。     

多绕组高频变压器隔离式多电平变换器研究

为在高压大功率变换领域中省去工频变压器,并实现隔离、功率平衡和能量双向流动,提出了一种高频变压器隔离式级联型多电平变换器拓扑。级联H桥整流器和级联型逆变器的各个直流母线与采用多绕组高频变压器的隔离单元相连接,可通过多绕组变压器简单地实现各级负载不均衡时的功率平衡。本文给出了多绕组高频变压器隔离式多电平变换器的拓扑结构,并给出了包括级联H桥整流器控制和高频隔离单元控制的控制策略。实验结果验证了本文提出的拓扑和控制策略的正确性。     

一种新型四象限混合型模块组合多电平变换器

传统级联型多电平变换器用于高压大容量电机变频调速系统的最大问题在于,需要采用体积庞大的多绕组工频变压器为各功率单元提供独立的直流供电电源。为解决这一不足,提出一种无需工频变压器耦合的新型四象限混合型模块组合多电平变换器(hybrid modular multilevel converter,HMMC)。HMMC由三桥臂功率单元(three-leg power unit,TPU)、半桥功率单元(half-bridge power unit,HPU)和桥臂电感级联而成,具有高度模块化、易于扩展、输出电压波形好等特点。深入分析HMMC的拓扑结构、工作原理及相应的控制策略,并设计一台三电平HMMC试验样机,实验结果验证了提出的理论分析和控制策略的有效性和正确性。     

模块化多电平变流器低频调速系统控制方法

详细分析了模块化多电平变流器能量流动情况,研究了变流器桥臂能量波动的原因,并指出桥臂能量波动与运行频率成反比,且当模块化多电平变流器调速系统在低频运行时,由于模块电容电压波动过大而无法正常工作。针对该问题,文中提出在桥臂共模电流中加入高频正弦分量,并同时在变流器输出共模电压中加入高频方波分量,从而在变流器上、下桥臂间引入高频能量交换,抑制模块电容电压波动。阻感及电机负载的实验结果证明,采用所提出的控制方法后模块电容电压得到有效的抑制,低频调速系统性能良好。     

一种模块化多电平变流器的变频控制策略

模块化多电平变流器作为一种新型的多电平变流器拓扑,具有无需隔离变压器、谐波含量低、便于四象限运行等优点。然而,由于模块电容电压低频波动较大,到目前为止,模块化多电平拓扑在变频调速领域还没有得到广泛应用。针对这一问题,提出了一种在桥臂共模电流和输出共模电压中加入高频方波分量的低频控制策略,同时提出了一种基于基频电流注入的高频控制策略,并研究了控制算法的切换问题。在此基础上,提出了一种模块化多电平逆变器宽频率范围运行的控制策略,该策略能减小电容电压的低频波动,维持模块电容电压的平衡,保证电机平稳启动并稳定运行。最后,仿真和实验结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

基于噪声平衡原理的反激变换器CM传导噪声抵消方法研究

在反激变换器中,变压器绕组交错排布有助于减小漏感和绕组损耗,但相邻原、副边绕组间的耦合电容是传输共模(commonmode,CM)噪声电流的主要耦合路径,会引起严重的EMI问题。该文提出一种CM噪声抵消的方法,引入一组平衡绕组,设计平衡绕组与相邻副边绕组间的位移电相互抵消。建立反激变换器CM传导噪声电路模型,给出平衡绕组设计方法,以一台反激变换器为实验对象,测试并对比无屏蔽层、采用传统铜箔屏蔽及加入平衡绕组3种变压器结构下的CM传导噪声。实验结果表明,平衡绕组对CM噪声抑制效果优于无屏蔽层和传统铜箔屏蔽层结构,验证了平衡绕组抵消反激变换器CM噪声的可行性。     

大功率双三电平变频调速系统共模电磁干扰研究

以大功率双三电平变频调速系统为对象,研究各部分的高频模型和具体的共模传导干扰路径。首先分别建立共模干扰源数学模型、直流母线高频模型、电缆高频模型以及异步电动机高频模型,并对调速系统共模传导干扰路径进行详细分析;然后使用Matlab对变频调速系统的高频模型进行仿真,并利用工程中心的实验平台完成相关测试实验,仿真和实验验证了理论分析和模型的正确性;最后设计了一种EMI滤波器,使得干扰得到明显降低。     

基于旁路电容的L型滤波光伏并网逆变器漏电流抑制方法

传统无变压器非隔离光伏并网逆变器系统中,通常采用增加交流旁路开关或直流旁路开关的方式解决系统漏电流问题。然而系统中加入旁路开关增加了系统成本,同时需要增加旁路开关的驱动电路,系统电路结构和控制方式复杂。为了解决该问题,提出一种基于旁路电容的漏电流抑制方案。首先以典型L滤波的光伏逆变器为研究对象,在分析其共模模型的基础上,提出旁路电容法实现漏电流抑制,并对不同旁路电容对系统共模特性的影响进行分析。该方案通过引入旁路电容改变系统共模回路,有效地滤除共模电压高频分量,消除系统寄生电容电压高频分量,从而实现漏电流的有效抑制。最后对提出的方案进行仿真和实验研究,验证了提出方案的可行性和有效性。     

飞跨电容多电平光伏逆变器共模电流抑制技术

以飞跨电容多电平光伏逆变器为研究对象,首先建立系统共模模型,在此基础上分析开关状态、系统共模电压和共模电流之间的关系,并分析得出在载波正向层叠、载波反向层叠和载波相移三种调制方案下,系统共模电压存在高频变化,然后提出一种新型载波调制策略,利用载波调制结合布尔逻辑运算,使不同工作状态下保持系统共模电压恒定,进而有效抑制共模电流得到。最后搭建基于TMS320F28335DSP+XC3S400 FPGA数字控制的飞跨电容多电平光伏逆变器样机,通过对传统载波方案和本文提出的方案进行实验对比分析,验证了提出方法有效性。     

基于电磁场数值计算的变频供电感应电机耦合电容与轴电压的分析

PWM变频供电驱动电机系统共模电压在电机耦合电容作用下会在轴承上产生轴电压和轴电流,影响电机的安全运行。对电机耦合电容的准确计算有助于合理预测轴电压的大小。本文在分析驱动系统共模模型基础上,建立了电机耦合电容计算的有限元分析模型,求得电容参数。比较了二维和三维有限元下电容计算结果,指出绕组端部对定子绕组与转子间耦合电容Cwr有较大的影响,计及端部时得到的电容Cwr更接近实测结果。采用定子绕组电磁散线计算模型可以大大提高定子绕组与铁心间电容Cwf计算精度。在不同电机端部结构参数下进行分析计算,发现定子绕组端部伸直部分长度和鼠笼端环的轴向长度是影响电容Cwr的两个主要参数。对变频供电下的感应电动机进行三维瞬态电场有限元分析,表明轴电压为共模电压的镜像,证明了电容分析模型是有效的。     

混合电动汽车功率变换器的研究

针对现有混合电动汽车能量管理系统所存在的功率密度低、可靠性差等问题,提出了一种基于级联H桥和矩阵变换器结构的高功率密度变换器拓扑。电池储能单元和车载内燃机发电单元提供整车驱动所需要的电功率,二者分别通过级联H桥电路和矩阵变换器与中频多绕组变压器输入侧绕组相连,中频多绕组变压器完成整车功率在电源和负载间的高效传输。其中,级联H桥电路作为储能单元控制电路的重要组成部分,在电池充放电过程中,负责均衡电池模块的动态电压。所提出的车载变换器降低了电池的串联规模和电容的使用量,显著提高了能量管理系统的功率密度和可靠性。在Matlab/Simulink环境中建立了相应的仿真模型,仿真结果验证了所提拓扑结构和相应控制策略的正确性。     

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。