使用SiC开关的两电平和三电平逆变器损耗与效率分析

针对使用碳化硅的两电平和三电平逆变器,首先阐述了逆变器的损耗组成及碳化硅材料的MOSFET和二极管的损耗计算方法;进而分析了两电平和三电平逆变器的导通规律及损耗计算方法;最后结合工程实际应用,从开关损耗、导通损耗、效率等方面对两电平和三电平逆变器进行比较。所得结论为两电平的导通损耗小,而三电平的开关损耗小,在开关频率较高的场合下三电平逆变器比两电平逆变器的总损耗小、效率高。     

PWM T型三电平逆变器损耗与可靠性研究

研究了T型三电平逆变器在两种不同调制策略下的损耗及其可靠性。通过仿真比较了正弦脉宽调制(SPWM)和特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)两种调制策略下的T型三电平逆变器损耗和功率器件的结温,并对T型三电平逆变器中功率器件的可靠性进行研究。通过研究得到T型三电平逆变器在不同工作模式下的IGBT模块损耗情况及其对可靠性的影响。最后,进行了仿真和实验。     

中点钳位型三电平逆变器脉宽调制时的损耗特性

随着多电平逆变器的大量应用,电力电子开关器件的损耗问题也越来越得到重视.对开关器件的损耗研究,不单是提高效率的前提,更是保证器件安全工作的首要条件.三电平逆变器的开关器件多,导通与换流模式复杂,损耗分析比两电平逆变器困难.本文在分析三电平逆变器导通与换流模式的基础上,利用器件的损耗特征参数,在SPWM调制策略下对逆变器的通态损耗和开关损耗进行了计算,给出了该调制策略下的器件损耗对于调制度和功率因数角的分布曲面,并对其他调制策略下的损耗进行了计算分析,最后实验验证了该损耗计算方法的有效性.本文给出的损耗模型和结论为进一步降低损耗的调制策略研究奠定了基础.     

T型三电平光伏逆变器适应低电压穿越的调制策略探讨

针对T型三电平逆变器在低电压穿越时存在的损耗分布不均,从而影响逆变器的可靠运行的问题,首先在T型三电平逆变器的损耗模型和热传递模型基础上,分析并比较了三电平逆变器在正常运行与低电压穿越时损耗分布和热应力,提出了一种适应低电压穿越的调制策略,通过合理分配冗余矢量,转移中间管的损耗,从而避免中间管过温而导致失效;然后,针对低电压故障和电压恢复过程中的存在三电平逆变器中点电压不均问题,改进了调制方式,通过在三电平逆变器低电压穿越的全过程,既实现了逆变器的损耗均匀分布,又减小中点电压的不平衡。最后,在250 k W的T型三电平光伏逆变器上进行了低电压穿越的实验验证。     

基于RB-IGBT的三电平光伏并网逆变器的效率分析

笔者分析了1种基于RB-IGBT的新型三电平光伏并网逆变器在不同的开关频率下工作时的开关损耗和导通损耗,并介绍了相关损耗的计算方法,通过MATLAB软件的计算得出数值,并与NPC三电平逆变电路和两电平逆变电路在同等情况下运行时的损耗进行了对比,从而得出此逆变电路应用在光伏并网逆变器中可以提高逆变器的效率。     

T型三电平与两电平功率开关器件损耗计算与分析

研究两种逆变器拓扑的功率开关器件损耗,通过器件特征参数,建立一种同时考虑工作电压、驱动电阻和结温的简单曲线拟合方法,推导出三次谐波注入调制算法下T型三电平和两电平拓扑的损耗计算模型,发现损耗与调制系数、开关频率、功率因数角、输出电流有关。在相同逆变工作条件下,当开关频率大于6.8 kHz时,在全电流范围内可使得T型三电平拓扑比两电平拓扑损耗更小,发挥其三电平优势。该损耗研究理论可推广至其他拓扑结构,为并网逆变器设计、效率提升奠定基础。     

新能源并网三电平逆变器中低功率区间效率优化

三电平逆变器因为电压应力只有两电平逆变器的一半,并且具有损耗小、谐波含量低的特点,所以在风能、太阳能等新能源发电系统中得到了越来越多的应用和研究。文中从新能源的功率随机波动特点出发,首先,评估了应用于新能源系统的传统三电平逆变器拓扑的损耗特点,然后,针对应用于光伏发电系统的三电平并网逆变器提出了硬件和控制策略上的改进,最后,利用一台样机验证了所提出的改进措施。试验证明,所提改进措施能够有效改善和提高三电平逆变器的效率,尤其是在中低功率范围内的效率。     

一种新的N电平电压源逆变器的空间矢量调制算法

随着逆变器电平数的增加,其空间矢量调制算法(space vector pulse-width modulation,SVPWM)也越来越复杂。该文提出一种任意电平逆变器的SVPWM算法。对两电平逆变器的矢量作用时间进行线性变换,可获得任意电平逆变器中合成参考矢量的电压矢量及其作用时间。推导出任意电平和两电平之间的电压矢量及其作用时间变换矩阵。讨论任意电平逆变器脉宽调制(pulse-width modulation,PWM)序列,提出一种电力电子器件损耗均匀分配的序列方式。最后,通过仿真验证算法的可移植性,在三电平实验室样机上,验证算法能满足逆变器控制的实时性要求。     

赛米控SKiM~为光伏和UPS逆变器提供最高效率

<正>SKiM,为三电平光伏和UPS逆变器优化的隔离式功率模块为了得到高达20kHz的开关频率,赛米控在SKiM功率模块中集成了三电平逆变器结构。SKiMIGBT产品组合为光伏和UPS市场上提供了最优的效率。相对于标准两电平解决方案减少的损耗,用于三电平逆变器的SKiM15kHz频率范围内可减少高达10%的损耗。SKiM功率模块集成了最新的IGBT     

基于Si和SiC器件的逆变器系统性能对比研究

在电气传动和可再生能源等设备中,逆变器是核心部分,然而传统逆变器系统多采用Si器件,存在功率损耗高、效率低等不足。为解决此问题,将Si C拓展至逆变器中,构建了基于Si和Si C的两电平、三电平逆变器系统,并对此系统分别在功率损耗、效率、器件结温、运行费用和预估投资收益等方面进行了对比研究。结果表明,在功率损耗、效率、结温方面,Si C逆变器系统明显优于Si逆变器系统;Si C逆变器系统虽初始投资较高,但长远的运行费用和收益均优于Si逆变器系统。     

两电平和三电平逆变器的新模块化似零电压软换流电路的分析和设计

提出了一个直流负总线辅助谐振电路(NBARC)与新型直流侧谐振电路镜像对称对模块设计, 用以实现两电平和三电平逆变器的软换流.NBARC的电路拓朴减少了功率器件的数目并降低了对器件的功率额定值的要求.为两电平逆变器零电压开关设计并分析了基本NBARC谐振电路,这个电路拓朴和模块设计方法被扩展到一个谐振模块镜像对称对电路,用以钳夹直流侧电压,并实现三电平逆变器的软换流.提出软换流允许在似零电压状态下实现,并分析了残余换流电压对于逆变器开关损耗的影响.模块方法允许软开关电路被设计成标准逆变器的可选附加块,可以把传统的逆变器转变为软开关逆变器.实验结果验证了电路分析和实现.     

一种完全基于两电平空间矢量调制的三电平空间矢量调制算法

在研究两电平逆变器与三电平逆变器之间SVPWM本质的基础上,提出了一种基于两电平空间矢量的三电平空间矢量算法.三电平空间矢量控制中分区算法可由两电平矢量作用时间的计算结果获得,并且这两种逆变器的矢量作用时间可以通过一个线性矩阵转换.为了分析三电平逆变器的脉冲序列模式,按照矢量之间切换的可能性,提出了一种新的可用于描述矢量开关序列的分类标准.针对传统的和改进的作用序列进行逆变器输出谐波的评估.文中所提的各种理论与算法都可以非常容易地推广到更多电平的系统中.为了验证所提算法的正确性,进行了实验验证.     

Fuzzy logic controller for three-level shunt active filter compensating harmonics and reactive power

In this paper, the three-level inverter is used as a shunt active power filter, making use of the multilevel inverter advantages of low harmonic distortion, and reduced switching losses. This PWM inverter is employed as shunt APF compensating reactive power and suppresses harmonics drawn from a nonlinear load. Most previously reported three-phase active power filters are based on two-level inverters with conventional controllers requiring a complex and a complicated mathematical model. In order to overcome this problem a fuzzy logic controller applied and extended to a three level shunt APF is proposed.     

高效率五电平双降压式全桥并网逆变器

为提高并网逆变器的变换效率,提出一种新颖的五电平双降压式全桥并网逆变器,它由三电平双降压式全桥拓扑、输入分压电容和钳位支路组合得到。其滤波电感和开关器件的电压阶梯仅为输入电压的一半,故磁性元件体积小、质量轻,且每个开关周期仅有一个开关管高频动作,降低了开关损耗。分析了该拓扑的工作原理和调制策略,并分别搭建五电平和三电平双降压式全桥并网逆变器实验样机进行效率比较。实验结果表明,所提五电平拓扑的欧洲效率较三电平拓扑高出0.5%。由三电平双降压式半桥拓扑与两电平桥臂组合,提出另外2种五电平双降压式全桥并网逆变器拓扑。最后对提出的3种拓扑的损耗和成本进行了详细的分析和对比。     

两电平和三电平VSC-HVDC系统在输电环节效率的分析与比较

为了计算基于两电平和三电平的电压源换流器在VSC-HVDC系统里呈现的链路效率,我们使用平均根和均方根的方法来计算电压源换流器的转换电流的平方来测量换流器(传导和开关损耗)的转换损耗。剩余的功率损失(直流电缆侧由于I2R产生的传输损耗,耦合变压器的损耗和交流侧谐波滤波器的损耗)用常规熟知的方法进行评价。得到的结果我们通过数字仿真进行分析和验证。     

永磁直驱风力发电系统中两电平与三电平变流器比较

永磁直驱风力发电系统在低压等级下多采用两电平变流器并联运行,而在中压等级下采用三电平变流器较为合适.从系统输出性能和损耗2个方面对两电平与三电平变流器在永磁直驱风力发电系统中的应用进行了综合比较.建立了变流器功率器件和滤波电感的损耗模型,根据两电平和三电平变流器的工作原理,得出了一套实用的损耗计算公式.仿真和实验结果表...     

A Generalized Zero-Current-Transition Concept to Simplify Multilevel ZCT Converters

A concept of generic half-bridge zero-current-transition (ZCT) cell is developed, which employs one auxiliary switch and one$LC$resonant tank to assist switching transitions. Application of the concept leads to the discovery of a family of simplified multilevel multiphase soft-switching inverters, including two-level three-phase inverters using only three auxiliary switches and three-level three-phase inverters using six auxiliary switches. Unlike existing techniques, these inverters require no modification to normal space-vector modulation (SVM) schemes, and in the meantime achieve soft commutation for all main switches, diodes and auxiliary switches at all operation modes. Based on personal computer simulation program with integrated circuit emphasis (PSPICE) simulation using actual device models and including parasitic inductance, the simplified three-level ZCT inverters are analyzed in details, and its unique behaviors and limitations are investigated. Hardware implementation and experimental results are provided.     

Multilevel invertors of traction motors

The peculiarities of using multilevel (three-level) voltage inverters for traction purposes are studied. It is shown that a three-level inverter allows one to achieve economical voltage control in traction motors which reduces losses in both devices and a traction drive in general.     

基于T型逆变器的高速永磁同步电机无位置传感器控制系统

高速永磁同步电机绕组电感小、基波电流频率高,易产生严重的高频电流谐波。为抑制电流谐波,本文采用T型三电平逆变器供电,设计高速永磁同步电机无位置传感器控制器系统,通过仿真和实验对比两电平和三电平逆变器供电时的电流谐波,并考核滑模观测器无位置算法在高速运行时的稳定性。实验结果验证了本方案的可行性。