飞跨电容型双降压五电平逆变器

为综合利用飞跨电容逆变器和双Buck电路的优点,以双Buck电路为基本单元构建多电平逆变器,提出一种新颖的五电平双降压式飞跨电容逆变器。该拓扑结构不同于传统的飞跨电容型、二级管钳位型或级联型多电平逆变器,它保留了双Buck逆变器无桥臂直通、无体二极管反向恢复问题的优点和电流半周期工作模式。飞跨电容通过逻辑电路对冗余模态进行选择,实现充放电的均衡。与传统的桥式多电平逆变器相比,钳位电路得到简化,电路复杂度降低,无桥臂直通隐患,系统稳定性提高。理论分析、仿真和实验结果均表明了该逆变器性能的优越性。     

一种基于飞跨电容的升压七电平逆变器

3种传统多电平逆变器(MLI)存在需要额外的辅助控制电路平衡电容电压,需要多个独立电源,需要较多器件从而增大了逆变器体积等问题,以上缺点一定程度上限制了它们的应用。此外,由于受体积、成本、效率和电能质量等因素的限制,从五级拓扑扩展到七级拓扑是较难的。针对以上限制和困难,提出了一种基于飞跨电容的升压七电平逆变器,该拓扑不需要多个独立电源,仅需8个开关管、两个二极管和3个电容就能够输出七电平电压,还具有1.5倍升压功能,在不需要辅助控制的前提下通过开关模态即可实现电容电压平衡。同相载波层叠脉冲宽度调制方法被应用于所提逆变器。为了验证该拓扑的可行性,实验实现了该拓扑的功能。     

飞跨电容多电平逆变器开关损耗最小PWM方法

该文在理论分析的基础上建立了飞跨电容多电平逆变器载波相移PWM方法和空间矢量PWM方法之间的联系,并以此为依据,提出了飞跨电容多电平逆变器开关损耗最小PWM方法。与传统的载波相移PWM方法相比,该方法使飞跨电容多电平逆变器每相输出在一个开关周期内有120°不开关区域;根据负载的功率因数角,通过调整注入的零序电压,使120°不开关区域最大程度地位于负载电流的最大处,因此该方法大大减小了开关损耗,提高了系统的效率。仿真和实验结果证明了该方法的正确性和可行性。     

一种新型飞跨电容型Zeta多电平逆变器

该文提出一种新型飞跨电容型多电平逆变器,该逆变器由Zeta变换器进行演变推导而得,具有可升降压、电容可自均压、钳位器件少、拓扑延展性好等优点,克服了传统多电平逆变器在应用方面的局限性。该文首先介绍该逆变器的工作原理,并采用单极性载波相移调制策略,在不提高载波频率的基础上提高其等效开关频率,降低输出电压的总谐波畸变率。此外,对Zeta五电平逆变器的开关器件电压应力、电容自均压的实现、升降压能力和拓扑延展性能方面进行分析。所提逆变器采用PR调节器对其进行闭环控制,通过仿真对其可行性进行验证,且在理论分析和仿真证明的基础上,对Zeta五电平逆变器搭建一台实验样机,实验结果验证该理论分析及仿真结果的正确性,以及该逆变器具有良好的动静态性能。     

飞跨电容多电平逆变器的新型载波PWM方法

提出了飞跨电容多电平逆变器的一种新型PWM方法,该方法能够很好的平衡飞跨电容的电压.和传统的相移载波PWM方法相比,该方法的谐波性能得到了很大的提高,尤其是在低调制度下.采用该方法对飞跨电容三电平逆变器进行了仿真和实验验证,仿真和实验结果的一致性证明了该方法的正确性和可行性.     

一种基于开关电容的九电平逆变器

基于开关电容的多电平逆变器具有电路拓扑简单和电容电压自动平衡等优点.然而,现有开关电容型多电平逆变器存在元器件数量较多和电压应力较大等缺点.针对这些问题,该文提出一种九电平逆变器,该电路通过较少的元器件数量和较低的元器件电压应力实现了4倍升压的九电平输出,具有较低的成本和较小的体积;结合最近电平逼近法和基频调制策略来产...     

一种适用于飞跨电容型多电平逆变器的新型载波同相层叠PWM方法

传统载波层叠PWM方法不能平衡飞跨电容电压,因此不能直接应用于飞跨电容型多电平逆变器。对传统载波同相层叠PWM方法进行改进,增加了零电平选择环节,根据设定值,合理分配零电平向量,从而在设定周期内,平衡飞跨电容电压。该方法随着调制度的不同,载波波形会发生变化,和传统载波移相PWM方法相比,线电压谐波性能也得到了很大提高,尤其是在中等调制度下,效果显著。采用该方法对飞跨电容型三电平逆变器进行了仿真验证,结果证明了该方法的正确性与可行性。     

内蕴电压平衡控制的飞跨电容逆变器的PWM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。飞跨电容逆变器因为只需要一个独立直流供电电源、电平数易扩展、控制灵活等优点而备受青睐，但是电容电压的平衡问题却制约其推广应用。针对此问题，该文提出一种内蕴电压平衡控制的PWM方法，该方法由直接PWM算法和基于最大单元电压偏差抑制的开关状态选择法则组成，前者是由给定的ABC坐标系下的参考电压来确定逆变器所需输出的电平电压、相应的作用时间及作用顺序；后者是确定逆变器的开关状态以产生已确定的电平电压，同时控制电容电压的平衡。该PWM方法理论上适用于任意电平的飞跨电容逆变器，它不但能够有效控制电容电压的平衡，而且还能够保证功率开关频率的均衡、便于数字化实现。该文给出了该方法的数字化实现原理。最后，基于飞跨电容五电平变频器对所提出的PWM方法，做了详尽的仿真分析和大量的实验验证。     

具有飞跨电容辅助桥臂的五电平高压并网逆变器

结合当前五电平高压并网逆变器拓扑研究现状,提出了一种具有飞跨电容辅助桥臂的五电平中点钳位(5L-NPC)逆变器拓扑,并利用飞跨电容技术实现了中点自平衡,可作为10kV等级的风力发电、光伏等大功率并网逆变器或静止同步补偿器(STATCOM)。首先分析了造成常规5LNPC逆变器3个直流中点不平衡的原因,随后详细说明了飞跨电容技术实现中点自平衡的原理,并给出了相关参数的选取范围,最后通过实验验证了所提拓扑的正确性与可行性。     

飞跨电容型多电平整流器载波重构调制策略

针对飞跨电容型多电平整流器存在众多冗余开关状态的特性及飞跨电容的电压平衡控制需求,提出一种通用的载波重构调制策略。该策略通过构造多段锯齿形载波来增加调制自由度,在保持与载波同相层叠调制策略相同的线电压谐波性能的同时,还具备载波移相调制策略的飞跨电容电压自平衡特性。仿真与实验结果验证了所提调制策略的有效性。     

链式STATCOM直流电容电压分布式控制

本文研究了一种链式静止同步补偿器(STATCOM)直流电压分布式控制方案,主链节直流电压由中央控制器控制,从链节直流电压由本链节控制器控制。该方案只需将主链节直流电压上传至中央控制器,并且中央控制器下传给各链节的调制波均相同,因此可以简化通信系统设计。当链节数改变时,中央控制算法几乎不需改变,便于链节扩展。但链节之间未交换直流电压信息导致直流电压控制调节量之和不为零,从而引起各从链节直流电压控制算法的相互耦合,这种耦合作用会恶化系统动态性能,甚至可能引起不稳定。分析指出在主链节直流电压闭环控制作用下,这种耦合作用会被抑制。通过揭示直流电压控制调节量和链节损耗差异间的定量关系,证明了各从链节直流电压控制算法可以独立运行,仿真结果验证了该定量关系的正确性。一台三H-桥七电平链式STATCOM的实验结果验证了分布式控制方案的有效性。     

载波交叠特性PWM方法在飞跨电容多电平逆变器中的应用研究

研究了具有载波交叠特性的PWM方法在飞跨电容多电平逆变器中的应用。载波交叠PWM方法具有优化开关利用率，使得开关损耗平均化的特性。经过详细分析，推出在飞跨电容型多电平逆变器中载波交叠特性不能导致飞跨电容的电压平衡。为了应用载波交叠特性，该文提出一种能保证飞跨电容电压平衡的新型PWM方法，并通过实验证明新型PWM方法在三电平飞跨电容型逆变器中的有效性。     

基于子模块电容电压预估的MMC分段电压平衡优化控制

随着高压直流输电系统电压等级和输送容量的提升,对模块化多电平换流器的电容电压平衡控制提出了更高的要求.为了实现对高压大容量模块化多电平换流器电容电压的优化控制,基于桥臂子模块分段控制思想,采用分段电容电压排序控制方法.首先,分析了段内和段间电容电压平衡机理,提出了段间电压平衡控制策略;其次,将MMC开关频率分为两部分,分别分析了各部分开关频率的影响因素,提出了基于子模块电容电压预估的段内电容电压平衡优化控制策略,以降低器件的等效开关频率;最后,基于PSCAD/EMTDC的仿真结果表明,在有效保证电容电压平衡的条件下,等效开关频率降幅可达25％,从而验证了相关理论分析的正确性和控制策略的有效性.     

适用于FPGA的模块化多电平换流器电容电压均衡控制方法

子模块电容电压均衡是模块化多电平换流器稳定运行的重要前提。针对传统均压控制方法排序计算量大、器件开关频率高的问题,从实际工程角度出发,提出了一种适用于现场可编程门阵列的新型电容电压平衡控制方法。根据正常运行时电容电压波动范围划分若干子区间,并依据实时采集到的电容电压将子模块匹配到相应的子区间分组内。在此基础上,针对电容电压在额定值附近的子模块,分组时考虑上一时刻的开关状态,并遵循尽量维持原有开关状态不变的原则进一步降低了器件的开关频率。在ML605-FPGA板卡中开发实现所提方法,并与实时数字仿真器组成硬件在环实时仿真系统。仿真实验结果验证了该方法的可行性与有效性。     

基于能量平衡的降低模块化多电平变换器子模块电容电压波动控制策略

电容器是模块化多电平变换器(MMC)子模块的关键部件,降低子模块电容电压波动是提高电容器可靠性和降低变换器成本的双重要求。首先分析不同环流对MMC电容电压波动的影响,指出注入典型2次环流是降低电容电压波动和减少器件损耗较好的折中方案。然后,在介绍已有基于工频周期的能量平衡控制策略基础上,提出基于控制周期的能量平衡控制策略,在达到注入典型2次环流降低MMC电容电压稳态波动的同时又能取得较好的暂态性能。所提出的基于能量平衡的控制策略,与常规PI控制器相比避免了繁琐的参数整定过程,并适应各种工况。最后,通过仿真和实验验证了所提控制策略的有效性。     

串联多电平逆变器的混合式PWM控制法

本文介绍了一种新型串联多电平逆变器混合控制法的基本工作原理与方法。     

An Investigation of Capacitors for Flying Capacitor Converters

Multilevel converters can essentially reduce harmonics even when their switching frequency is low. Among the various topologies of the multilevel converters, flying capacitor converters are considered to be promising converters for realizing high power density. However, the main circuit of the flying capacitor converters has many capacitors. Therefore, in this study, the volume of the capacitors in the flying capacitor converters is determined by taking into consideration the allowable ripple voltage and temperature rise in the capacitor. © 2013 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 186(4): 81–91, 2014; Published online in Wiley Online Library ( wileyonlinelibrary.com ). DOI 10.1002/eej.22361     

一种基于直流电容取电的多电平变流器电容动态均压方法

多电平变流器的电容电压不均问题影响装置容量利用率、稳定运行以及电能质量。提出一种基于直流电容取电的多电平变流器动态电阻均压装置及控制方法。该装置由低压金属氧化物半导体场效应管（metal oxide semiconductor field effect transistor,MOSFET）与电阻串联构成动态均压电阻,通过宽范围电压输入型DC-DC电源从直流电容获取功率,并采用滞回比较、占空比控制等方法控制低压MOSFET的开通和关断,实现多电平变流器各电容电压的动态均衡控制。该装置增加的成本较低,控制方法较为简单,易于实现,适用于各种多电平变流器结构,通用性较强。基于PSCAD/EMTDC的仿真表明,提出的动态电阻均压装置和控制方法能够良好地实现多电平变流器直流电容的动态均压控制。     

多电平逆变器PWM控制方法的研究

近年来,多电平逆变器在大功率场合应用越来越广泛.基于空间矢量原理提出了一种新的多电平PWM控制方法,这种PWM方法称为多电平最优空间矢量PWM方法(MOSV PWM),可用于多电平串联逆变器供电的压频比控制的异步电动机调速系统.仿真结果表明,MOSV PWM方法与多电平载波方法和单脉冲法相比有许多优点,可以在线实现,输出线电压THD低,开关频率低.这种方法可以推广用于其它类型的多电平逆变器,除电机传动外还可以用于静态无功补偿和其它FACTS场合.     

模块化多电平换流器的子模块电容电压分层均压控制法

为了提高高电平模块化多电平换流器(MMC)均压控制的排序速率和降低换流器的开关损耗,提出了一种适用于高电平MMC的子模块电容电压分层均压控制法。首先,根据桥臂电容电压最值确定电压分层容器,并根据排序的计算复杂度和均压控制效果对分层数进行讨论;然后,根据电容电压大小将子模块放入对应的分层容器,根据桥臂需投子模块个数和桥臂电流方向进行优化排序,确定各子模块的投切;最后,引入容器重新划分判据以减少计算量,即如果任一一个投入子模块的电容电压变化值小于容器的电压间隔,则不重新分层。PSCAD/EMTDC中21电平MMC系统的仿真结果表明,提出的均压控制法能够提高均压控制排序的速率和减少不必要的容器内排序,同时降低绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的开关损耗。