单相中点箝位开关电容多电平逆变器及其控制

提出一种单相电压源中点箝位开关电容多电平逆变器,该逆变器利用直流母线箝位电容对电源电压进行分割,通过控制电源与电容的串并联实现逆变器多电平输出,并且可以通过扩展进一步提高逆变器的输出电平数量和电压增益。为实现电容的电压平衡,同时降低其电压纹波,逆变器的调制过程考虑了开关的冗余状态,且开关管之间互补工作,调制策略简单。对所提逆变器的工作原理、调制策略、电容电压及相关参数进行了详细分析,并给出了拓扑结构的扩展方法。最后,分别通过仿真和实验,对所提逆变器的稳态性能和动态性能进行了验证。     

低应力高电平开关电容逆变器及其调制策略

为了提高可再生能源发电系统中逆变器的升压能力并改善输出电能质量,该文提出一种低应力高电平开关电容逆变器.所提拓扑使用1个直流电源、3个电容和15个开关器件实现4倍电压增益和十七电平交流电压输出.与其他拓扑相比,所提逆变器能以较少的开关器件产生更多的电平,有效地降低了逆变器的输出谐波含量;无需后端H桥即可实现逆变过程,有效地降低了开关器件的电压应力.此外,所提逆变器的电容电压纹波小,且电容电压自平衡的优点简化了控制器的复杂度.该文详细给出所提逆变器的拓扑结构、工作机理与调制策略,分析电容电压纹波计算,并与其他类似拓扑结构进行对比,最后通过实验证明了所提逆变器的可行性和理论分析的正确性.     

一种单相双输入九电平逆变器及其调制策略

由于传统多电平逆变器存在电路结构复杂、功率器件多、控制复杂等缺点,提出一种单相双输入九电平逆变器,通过2个直流输入电源与电容的串并联实现九电平输出,拓扑结构简单,能够以较少的功率器件和电容数量产生更多的输出电平,谐波含量低,并且其多输入结构适用于分布式发电和微电网等领域。首先给出逆变器的电路结构和工作原理,然后设计逆变器调制策略,并分析电容充放电过程及其对电压波动的影响,实验结果验证了所提九电平逆变器及其调制策略的有效性和可行性。     

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。     

一种新型五电平逆变器电容电压平衡策略研究

以一种新型有源中点筘位型五电平逆变器拓扑为研究对象,分析了其工作原理,重点研究了其开关状态对母线中点电压和悬浮电容电压的影响。在此基础上提出一种最优开关组合控制策略,基于最优函数的思想选择合适的冗余开关状态组合实现电容电压的平衡控制。仿真和实验验证了所提出的平衡控制策略的有效性。所提平衡思想与控制策略可广泛应用于各种有源中点箝位型拓扑,具有较强的推广性与实用性。     

新型六开关两倍电压增益五电平逆变器

倍压多电平逆变拓扑具有自主升压和多电平输出的突出优点。提出了一种新型六开关两倍压增益五电平逆变拓扑,该拓扑由两个半桥单元和一个开关电容单元组成,通过载波层叠调制策略可以实现直流输入电源与电容器分时串并联运行,从而实现电路的自主升压和五电平输出电压波形。通过对比分析现有倍压多电平逆变拓扑,所提出的新型两倍压增益五电平逆变拓扑具有使用开关器件数量少、电压应力低、调制策略简单等优点。实验测试结果证明了所提五电平逆变拓扑在不同工况下的可行性与有效性。     

二极管钳位型五电平逆变器电容电压平衡域研究

分析了二极管钳位型多电平逆变器在全负载范围内的电容电压平衡问题.首先在五电平逆变器数学模型的基础上对电容电压平衡规律进行分析;然后详细研究了逆变器开关切换规则与PWM控制策略,进一步提出采用目标函数最优的方法对可行开关序列寻优,实现电容电压平衡控制.仿真分析得出了全负载范围内的电容电压平衡域曲线.结果表明,在高功率因数和大调制比下电容电压很难达到动态平衡,五电平逆变器很难直接应用于全速度范围的中压交流调速领域.     

阶梯充电自平衡开关电容多电平逆变器

针对传统多电平逆变器功率器件多、结构复杂等缺点,将开关电容技术应用于多电平逆变器拓扑,提出一种可扩展的模块化多电平逆变器.所提逆变器通过开关电容模块中的双电容阶梯充电与串联叠加以及模块的串并联转换,能够以较少的器件输出更多的电平,可以降低逆变器输出电压的谐波畸变率.逆变器不需要额外的电压平衡控制或电压平衡回路即可实现电...     

含电容单元的级联H桥七电平调制策略

针对传统三单元级联H桥直流电源电压利用率较低的问题,采用电容替代其中利用率较低的直流电源,构成含电容单元的级联H桥逆变器。围绕该型逆变器的调制策略及电容选择等问题,在载波层叠式脉宽调制策略的基础上,利用冗余开关状态改进现有调制策略。通过采集电容电压和输出电流,切换调制模式实现电容充放电控制。分析电容电荷量在不同调制度下的变化,得到电容电压稳定到参考值所需要满足的条件。考虑到电容纹波电压不超过参考值10%的要求,并结合最大连续放电区间,计算出最小参考电容,使逆变器达到最优配置。通过仿真和实验证明了新型调制策略可对电容充电并具有良好的稳压效果。     

高增益开关电容光伏微型逆变器

针对光伏组件输出电压较低的问题,提出了一种基于开关电容的光伏微型逆变器拓扑结构。该拓扑由一个高变比的直流升压环节和一个逆变环节组成。升压环节是将交错并联Boost电路和谐振式开关电容升压变换器级联在一起构成的,解决了Boost电路升压不足而开关电容变换器难以实现最大功率点跟踪(MPPT)的缺陷;新拓扑采用准谐振软开关,有效抑制了开关损耗;MPPT采用改进的多级变步长电导增量法,获得了很好的动态特性和稳态特性。仿真和实验均验证了新拓扑的可行性。搭建的110W实验平台,将30V直流电源提升到了334V,获得了良好的效果。     

五电平逆变器钳位电容平衡控制策略研究

为了避免中点钳位/H桥五电平逆变器拓扑结构中因直流母线上存在2个钳位电容而造成母线中点电位平衡控制较为复杂的问题,介绍了一种由单电容钳位的三电平拓扑与半桥组合形成的五电平逆变器拓扑.该五电平逆变器拓扑只需要保证一个钳位电容在每个三角载波周期内充、放电时间相等,即可实现钳位电容电压平衡控制.对此提出一种新型的SPWM控制...     

一种光伏发电用高增益多电平逆变器

针对传统的多电平逆变器存在有源器件数量较多、电容电压不平衡、结构复杂以及电压增益低的问题,提出一种降低器件数量且可扩展的多电平逆变器。该逆变器由开关电容单元和两个半桥组成,使用1个直流电源、3个电容、13个开关管,实现4倍电压增益和九电平交流输出电压。该逆变器通过2个半桥代替后端H桥转换输出电压极性,可以有效降低开关管总电压应力。在所提逆变器的扩展结构中,电容逐级充电的工作方式进一步提高了电压增益和输出电平数。首先,详细阐述了所提逆变器的工作模式、调制策略、电容分析、电压应力计算和电路参数设计。然后,与其他类似多电平逆变器进行了比较。最后,通过仿真与实验验证了所提逆变器的可行性和理论分析的正确性。     

开关电感型单相五电平电流源逆变器

多电平电流源逆变器因具有高安全性、低输出谐波特性等优点得到广泛关注。提出了一种开关电感型单相五电平电流源逆变器,其直流控制单元采用Buck结构,为电感提供了独立的充放电回路,实现了电感电流控制与输出电流控制的完全解耦,使用较小电感即可控制电流稳定。所提逆变器采用开关电感结构形成多电平输出,减少了器件数目,利用其高度对称性可简化外围电路设计。针对于单相逆变器输入侧电感电流存在二倍频波动的问题,在传统比例积分控制的基础上,增加功率前馈控制,以储能电感在每个开关周期内实现电流恒定作为先决条件,折算不同状态下直流侧开关器件的占空比扰动量,在不增加电路复杂度的前提下,采用较少器件和小储能电感有效抑制了电感电流的二倍频波动,减小了输出电流中3次谐波含量和总谐波畸变率,提高了输出电能质量。最后,通过仿真和实验验证了所提拓扑和控制策略的可行性。     

混合H桥级联型多电平逆变器调制策略优化控制

为提高混合H桥级联型多电平逆变器的运行性能.提出了一种新型锯齿载波交错相移混合调制策略.该调制策略把复杂的混合拓扑"化归"到已有调制策略的拓扑.再利用重构的调制波进行调制.该策略充分利用调制渡的自由度,在三相正弦波中注入特定的混合分量进行优化控制,使得相电压在1/3基波周期内不进行PWM调制,并能保证输出线电压质量.所提出的优化控制方法能提高15.5%直流电压利用率.还能减少1/3高频功率开关的开关次数,优化了逆变系统的运行性能.实验结果验证了提出方法的可行性和有效性.     

多电平逆变器多载波调制策略的谐波分析

针对多电平逆变器多载波调制策略的谐波问题,采用双边傅里叶变换方法,提出了一种通用的谐波分析方法,得出输出电压谐波的解析表达式,从理论上阐述了多载波调制策略的谐波特性.根据所得出的通用谐波解析表达式,推导了一种具有特定相邻载波相位关系的调制策略谐波解析表达式,给调制策略的实际应用提供了理论依据.同时对3电平、5电平及7电...     

Experimental verification of a hybrid multilevel inverter with voltage-boosting ability

A new nine-level natural-balanced boost hybrid multilevel inverter (BH-MLI) is proposed in this paper. Each phase of the proposed BH-MLI is designed with only 11 semiconductor switches and two electrolytic capacitors. Here, the capacitor voltages are balanced by utilizing the series-parallel and natural balancing techniques effectively. Furthermore, the proposed circuit eradicates the multiple DC sources by introducing a single DC link for single- and three-phase applications. The proposed topology can be easily extendible to obtain higher level output voltage waveform due to its modular-switched capacitor cells (SCCs). Besides, the higher voltage level generation does not pose high-voltage stress on any of the topology components, as the blocking voltage of all devices within the source voltage magnitude. Further, a quantitative comparison is conducted among the state-of-art switched-capacitor multilevel inverter (SC-MLIs) to highlight the superiority of the proposed configuration. Finally, the performance of the proposed BH-MLI is experimentally validated with phase disposition-pulse width modulation (PD-PWM) and round control method at different modulation indices, load conditions.