有源中点钳位5电平变流器SHE-PWM控制方法

考虑到传统二极管钳位型和电容钳位型拓扑应用于6 k V/10 k V高压变频领域时存在的诸多问题,提出了一种有源中点钳位式(ANPC)5电平变流器选择谐波消除脉宽调制(SHE-PWM)控制方法。在分析了ANPC 5电平拓扑各桥臂的基本结构的基础上,建立了ANPC拓扑相关数学模型;分析了5电平SHE-PWM的基本原理,构建了以消除低次谐波为目标的非线性方程组,并基于牛顿迭代法给出N=7时的SHE-PWM相关解域;针对ANPC拓扑存在的飞跨电容稳压问题,分析了飞跨电容的稳压原理,进而给出了冗余电压矢量调度方式。样机实验结果表明,所提ANPC 5电平拓扑SHE-PWM控制方法实现了低开关频率下变流系统的高效控制,在消除系统低次谐波的基础上,保证了直流电容和飞跨电容的稳压效果。     

有源钳位三电平变频器调制策略及损耗分析

传统中点钳位(NPC)三电平变频器存在功率器件损耗不平衡问题,导致部分功率器件发热严重,限制了变频器容量和功率器件开关频率的提升.采用有源钳位(ANPC)三电平拓扑结构可产生冗余零电压状态输出实现功率器件损耗平衡.分析了ANPC三电平变频器的工作原理及其换流方式1和方式2下功率器件的工作特性,并给出了两者PWM脉冲生成...     

有源中点钳位型三电平逆变器开关器件损耗均衡调制方法

三电平有源中点钳位型(Three-Level Active Neutral-Point-Clamped,3L-ANPC)逆变器可以克服传统三电平逆变器内外层开关器件损耗不均衡的问题,但是其实现损耗均衡的控制方法,一般要求在线计算开关器件温度进行直接控制,或者实时采集开关器件温度进行反馈控制,实现过程比较复杂.为在实现损...     

有源中点钳位五电平逆变器悬浮电容预充电控制策略

有源中点钳位五电平(ANPC-5L)拓扑是一种适用于中高压变频驱动的新型拓扑结构.现有ANPC-5L逆变器悬浮电容预充电方法具有简单可靠、不需要外部充电电路等优势,但也存在开关管电压应力过大、强制互补的开关管直通等不足.针对此问题,该文提出一种悬浮电容预充电控制策略,通过在交流侧布置预充电电阻,即可实现直流侧支撑电容和...     

有源钳位三电平拓扑及功率器件损耗分析

传统中点钳位(NPC)三电平变频器存在功率器件损耗不平衡问题,限制了变频器容量和功率器件开关频率的提升。采用有源钳位式(ANPC)的拓扑可以很好地平衡功率器件的损耗分布。首先介绍了ANPC拓扑的结构以及调制策略,并根据其调制策略对各个工作状态时的功率损耗分布进行分析和计算,最后通过Matlab软件搭建损耗计算模型对ANPC的损耗分布进行分析研究。     

三电平有源中点钳位逆变器损耗分布平衡控制策略

有源中点钳位型拓扑通过增加新的零状态电流通路,可以对各开关管上的损耗分布进行平衡。以三电平有源中点钳位逆变器为研究对象,分析了在不同输出状态之间进行切换时器件损耗分布情况,采用空间矢量脉宽调制方法,对8种换流模式及其损耗分布进行了系统的研究;针对负载功率因数的不同特点,提出了两种损耗分布平衡优化控制策略,在不同的负载条件下有效地实现了器件损耗的平衡分布。最后搭建了三电平有源中点钳位逆变器实验平台进行验证,实验结果验证了所提出控制策略的有效性。     

三电平有源层叠中点钳位式变换器拓扑分析

传统中点钳位(NPC)三电平变频器存在功率器件损耗不平衡问题,限制了变频器容量和功率器件开关频率的提升。有源钳位式NPC拓扑或者层叠式NPC拓扑可以产生更多的零电平状态实现功率器件损耗平衡。有源层叠式中点钳位式拓扑是有源钳位式NPC的衍生拓扑。对有源层叠中点钳位式NPC拓扑进行分析,利用交替反向层叠式(APOD)PWM进行脉宽调制。通过仿真验证该拓扑的工作特点和APOD-PWM算法的有效性。     

基于有源中点钳位五电平电路的双有源桥DC/DC变换器

采用多电平电路构建的双有源桥(dual active bridge,DAB)DC/DC变换器可适用于更高的电压等级并能显著地提高功率密度及性能。基于九开关管五电平有源中点钳位(five-level active neutral point clamed,5LANPC)电路构建DAB变换器,消除传统的八开关管5L ANPC电路所存在的电平跳变问题。通过分析开关状态之间的切换过程,选取的零开关状态实现所有高压开关管的软开关运行;通过分析不同开关序列对飞跨电容电压和直流侧中点电压的影响,提出一种飞跨电容电压的平衡控制方法。基于1kW样机的实验结果表明,该文构建的5L ANPC DAB变换器获得了优良的性能。     

中点钳位型中压三电平风电变流器的损耗分析

中点钳位(NPC)型中压三电平变流器在兆瓦级风电机组中具有广阔的应用前景。由于变流器容量及电压等级较高,功率器件的损耗是一个不容忽视的问题。文中详细分析了各个功率器件的开关动作与实际电流通路,在此基础上推导了其损耗的实用计算公式,指出了损耗在机侧变流器和网侧变流器之间的不同分布,为变流器的散热设计提供参考,并结合风力发电的特点,研究了功率波动对变流器效率的影响,得出了变流器的效率与功率成正相关的结论。最后,通过MATLAB/Simulink与GH Bladed的联合仿真系统,对分析结果进行了验证。     

基于五电平有源中点钳位型双PWM变换器的异步电机矢量控制系统

一种基于五电平有源中点钳位型(ANPC)双PWM变换器的异步电机矢量控制系统,其整流侧和逆变侧变换器分别采用五电平ANPC拓扑背靠背连接,可实现网侧单位功率因数输入和异步电机的四象限运行。整流侧采用电网电压定向矢量控制实现有功功率和无功功率的解耦控制。逆变侧采用转子磁场定向矢量控制实现异步电机的高性能变频调速。设计并制作了一台380V/10 kW的样机,实验结果表明该样机运行稳定,控制算法正确可靠。     

大功率三电平中点箝位变流器损耗特性分析

随着大功率变流器容量的提升,功率器件的损耗也逐步增加,从而导致系统的散热及可靠性问题变得更加突出。本文分析了基于IGCT器件的三电平中点箝位变流器各部分损耗的理论计算方法。考虑高压大电流条件下器件电压及电流谐波含量对损耗计算的影响,本文通过电压及电流瞬时值计算功率器件通态损耗、开关损耗,以及缓冲电路损耗,实现变流器系统损耗的准确计算,为大功率变流器不同拓扑结构和调制策略的效率优化分析打下基础,也为系统散热设计提供参考基准。基于负载功率自循环老化原理,本文通过仿真和实验验证损耗计算模型及仿真平台的正确性和有效性,在工程实践上具有一定的实用性。     

有源钳位三电平变频器及其结温平衡控制

传统中点钳位(NPC)三电平变频器存在功率器件结温不平衡的缺点,严重限制了变频器容量的提升,采用有源钳位(ANPC)三电平拓扑可平衡功率器件的结温。本文对ANPC三电平变频器的开关状态及其换流方式进行了分析,并给出了功率器件的损耗和散热模型。介绍了ANPC三电平变频器的两种PWM方式,在此基础上提出了一种结温平衡控制方法。实验结果表明,该方法能够随着调制度的变化动态改变PWM方式1和方式2的工作比例,实现结温平衡控制。相比于NPC三电平变频器,ANPC在逆变和整流模式下的容量可分别提高23.1%和33.3%,具有较高的工程应用价值。     

基于三电平中点钳位式拓扑的中压风电变流器

基于三电平中点钳位式拓扑的中压风电变流器由网侧变换器和机侧变换器组成,两侧变换器接成背靠背的形式。其中网侧变换器采用电网电压定向的矢量控制,实现有功功率和无功功率的解耦控制。机侧变换器采用磁链开环的矢量控制,实现最大风能跟踪。针对三电平中点钳位式变流器中点电位易波动的固有缺陷,采用了一种基于调整冗余小矢量作用时间的空间矢量调制算法对中点电位进行有效控制。仿真结果验证了控制算法的正确性,在理论上论证了将中高压变频技术应用于全功率风电变流器的可行性。     

二极管中点箝位型三电平变流器改进设计

多电平变流器在风电并网的中高压大功率场合得到了广泛的研究和应用。以二极管中点箝位型三电平变流器为研究对象进行分析,其直流侧中点电位不平衡问题是该变流器的致命弱点,影响着变流器的可靠性。在此提出了一种解决三电平变流器中点电位平衡的硬件电路,与其他解决中点电位平衡的硬件电路相比,该电路不仅能使中点电位达到平衡,而且减少了电路中的器件,使电路的复杂程度降低,运行成本降低。最后用MATLAB/SIMULINK仿真软件对该方案进行了仿真分析,仿真结果表明中点电位达到了平衡,从而验证了该方案的正确性。     

有源钳位三电平变频器改进SVPWM策略

中点钳位(NPC)三电平变频器存在功率器件损耗不平衡问题,部分器件发热严重,限制了变频器容量和开关频率的提升,有源中点钳位(ANPC)三电平变频器通过不同的零电压输出状态可以平衡功率器件的损耗。通过选取不同的冗余零状态,提出一种适用于ANPC三电平变频器、可以平衡功率器件损耗的改进空间矢量调制(SVPWM)算法。对所提SVPWM算法和传统正弦矢量脉宽调制(SPWM)算法进行仿真对比,分析功率器件损耗分布情况,结果表明所提方法可以平衡功率器件的损耗,提高变频器的容量和开关频率。另外,和SPWM算法相比,采用SVPWM算法输出电压可以提高15%,电流谐波畸变率会有所降低,最后通过实验验证了所提算法的正确性。     

考虑三电平中点钳位型变换器中点电压波动抑制的混合调制方法

三电平中点钳位型变换器存在中点电压不平衡的固有问题。零序电压注入法可以很好地控制三电平变换器的中点平衡,而且具有原理简单、计算简便等优点,但是在调制系数比较大或者功率因数较低的情况下存在不可消除的低频波动。双调制波方法可以在全范围内消除中点波动,但其会造成开关频率的增大和谐波性能恶化。本文结合零序电压注入和双调制波混合调制方法的优点,达到了在消除低频波动的同时又能最大程度上降低开关频率和保持谐波性能的目的。仿真和实验结果证明了所提出的混合调制方法的正确性和可行性。     

新型中点钳位三电平电池储能变流器设计及控制系统

基于新型中点钳位(A-NPC)拓扑结构的三电平变流器可以提高输出电压波形质量,有利于降低绝缘栅双极型晶体管(IGBT)耐压,以减小开关器件成本、IGBT损耗和电感损耗,来提高系统整体效率,因此在电力储能领域具有广泛的应用前景。基于A-NPC三电平拓扑结构,设计了电池储能变流器主电路,开发了变流器系统控制器软硬件,研究了变流器中点电压控制机理。样机实验结果表明:所搭建的A-NPC三电平电池储能变流器系统运行良好,与当前储能系统常用的两电平拓扑相比,在略微增加综合成本的基础上,实现了输出电流波形畸变小和输出电流谐波小、效率高等特点,应用在储能系统中,获得了很小的稳态总谐波畸变率和非常好的功耗特性。