2-SiC混合型三电平ANPC变流器损耗均衡策略

提出一种针对2-SiC混合型三电平有源中性点箝位(3L-ANPC)变流器的损耗均衡策略,通过设计新的开关状态和切换顺序,使得SiC器件承担更多的开关事件,在零电平状态时两条零电平回路同时导通,降低系统导通损耗。同时通过合理分配开关时序,实现一半Si开关管在全开关周期的零电流开关(ZCS),进一步提高变换器效率。提出器件损耗分析模型,评估所提出方法的器件损耗分布情况。最后,搭建单相ANPC逆变器实验平台,实验结果验证了该调制方法的有效性。与现有调制方法相比,所提2-SiC 3L-ANPC变流器调制方法能够实现更高的系统效率和更好的损耗均衡效果。     

基于SiC器件的三电平ANPC牵引变流器损耗分析

在大功率牵引变流器中,采用具有开关速度快、耐高温、开关损耗低等诸多优势的SiC器件替代Si器件,并构建基于SiC器件的三电平ANPC变换器,可以大大减轻变流器的散热系统负担,有助于实现牵引系统轻量化,提升变流器的功率密度和整体效率。对4种三电平ANPC变换器拓扑（2种SiC+Si的混合型三电平ANPC拓扑、全SiC型三电平ANPC拓扑和全Si型三电平ANPC拓扑）及适用于不同拓扑结构的调制策略进行了详细的分析。结合4种拓扑工作于各自最优调制策略下的换流过程,对不同拓扑的功率损耗和热平衡特性等方面通过仿真验证进行了定量分析比较。结果表明,全SiC型三电平ANPC拓扑损耗分布最均衡,工作效率最高;2-SiC混合型三电平ANPC拓扑在保证性能的基础上成本更低,可以作为采用SiC器件的牵引变流器的一种较高性价比的选择。     

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。     

中点钳位型三电平逆变器通态损耗分析

研究了中点钳位型三电平逆变器通态损耗的一种简单计算方法.根据电流、电压关系确定器件导通规律,进而计算出器件导通占空比,由此推导出用于分析计算的导通损耗表达式.该表达式与器件静特性、功率因数、调制度及负载电流有关,利用其计算不同载波调制下通态损耗时只需改动导通占空比.另外,采用该损耗模型对正弦波调制和三次谐波注入法调制下的三电平逆变器通态损耗进行了分析比较,所得结论为三电平逆变器损耗研究奠定了基础.     

级联H桥多电平变流器直流侧电压平衡控制策略仿真研究

级联H桥(CHB)多电平变流器直流侧电压不平衡会导致局部器件过压、电流过大等问题,对此提出一种CHB多电平变流器直流侧电压平衡控制策略。首先建立变流器的数学模型,提出一种可实现并网电流控制的单相dq矢量控制策略;然后通过直流侧电压平衡机理分析,使用有功占空比分量调节各H桥占空比输出,实现CHB多电平变流器直流侧电压平衡控制;最后,在MATLAB/Simulink仿真软件中搭建CHB多电平变流器仿真平台来验证策略的有效性。仿真结果表明,本文所提策略可实现电网电压、电流的同相位运行,保证变流器直流侧电压平衡。     

一种PWM软开关变流器实现及损耗分析

零电流转换（ZCT）技术通过控制辅助电路的谐振,为开关器件创造零电流的开关条件.辅助电路的引入不会对主电路的控制算法产生影响,使得传统PWM控制策略能够直接应用在软开关变流器上.在分析ZCT软开关工作原理的基础上,引入的辅助电路损耗小于减少的开关损耗,ZCT技术提高变流器的整机效率.通过一台500 kVA三相ZCT软开关PWM软开关变流器互馈试验平台,完成了功率、软开关试验及不同谐振参数下的效率对比试验.试验结果表明,PWM变流器基本实现了开关器件的零电流转换,且谐振过程与理论分析基本相同,验证了谐振电流峰值与谐振周期对整机效率的影响.     

对称PWM减小H半桥型开关功放电流纹波的新方法

针对H半桥两电平开关功率放大器输出电流纹波较大导致负载损耗增加的缺点,提出采用2路中心对称但占空比不同的PWM实现三电平工作方式的新方法,称为对称PWM法.该方法采用一路PWM占空比固定,另一路PWM占空比受控可变的原理实现了三电平工作方式.给出了输出电流纹波计算公式,利用Matlab对开关功率放大器进行了仿真,构建了...     

多载波PWM技术在三相五电平CSI中的应用

多载波PWM技术大多应用在电压型多电平变流器中,而将其应用于电流型多电平变流器中也具有良好的消谐波性能。本文介绍一种多载波PWM技术——载波位置相反分布(Phase Opposition Disposition,POD)PWM在三相分相控制式五电平电流型逆变器(Current Source Inverter,CSI)中的应用原理,提出了PODPWM技术数字化实现方案。最后给出了该三相分相控制式五电平CSI系统的实验结果。     

基于SPWM的三电平ANPC逆变器损耗平衡控制方法

有源中点箝位(ANPC)型多电平拓扑通过选择不同的电流通路可以使器件损耗分散在不同的开关管上。以三电平ANPC逆变器为研究对象,分析了在不同开关状态之间切换时各开关器件的损耗分布情况,采用正弦脉宽调制(SPWM)方法,提出了一种器件损耗分布平衡的控制策略。通过合理选择冗余状态使电流通过不同的路径,有效地实现了每相器件的损耗平衡。搭建三电平ANPC逆变器实验平台对提出的控制策略进行了验证。     

一种碳化硅与硅器件混合型三电平有源中点钳位零电压转换软开关变流器

该文提出一种碳化硅与硅（SiC&Si）器件混合型三电平有源中点钳位零电压转换（3L-ANPC ZVT）变流器拓扑。该拓扑中每相主电路采用两个SiC MOSFET器件工作在高频,其余主电路开关为Si器件工作在低频,通过辅助电路使得SiC器件工作在ZVT软开关条件下,进一步降低SiC MOSFET高频开关损耗和开关应力。拓扑中辅助电路开关采用Si器件且仅在主器件换相过程工作,具有额定电流小且无开关损耗的特点。该文首先介绍该软开关变流器的电路拓扑结构和工作原理,并给出辅助电路参数的优化设计过程。然后基于双脉冲测试数据对变流器进行损耗建模,分析对比不同开关频率下硬开关和软开关有源中点钳位三电平变流器的损耗分布和效率变化,揭示所提出的软开关变流器拓扑在高开关频率下可以有效改善变流器的效率。最后通过搭建的单相变流器实验平台验证上述分析结论的正确性。     

基于伏-秒平衡特解规划的三电平中点电位低频脉动抑制PWM

基于伏-秒(V-S)平衡原理,提出一种通用程控三电平PWM方法,在单个载波周期内,设计一种通用的开关序列,其中每相开关序列均考虑三种不同电平,揭示三电平PWM算法可根据不同的控制目标对伏秒平衡方程特解进行规划来实现,物理意义更明晰。为了实现中点电位平衡与低频脉动抑制,解决虚拟电压矢量调制策略计算复杂的问题,以特解规划为基础,提出九段式低频脉动抑制PWM特解规划算法和中点电位闭环控制策略,给出了脉冲分配方法,无需扇区判定及矢量合成分析。建立中点钳位(NPC)三电平样机实验平台,采用阻感负载和永磁同步电机(PMSM)负载实验验证了所提方法的正确性和有效性。     

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。     

Si与SiC功率器件T型三电平损耗对比分析

分析载波周期内开通器件与电压、电流之间关系,在此基础上给出Si模块和SiC模块的T型三电平电路损耗计算模型。能够根据器件在额定状态下的特性参数,计算出导通损耗和开关损耗,从而得到电路损耗。并对使用Si模块和SiC模块时逆变器损耗、效率进行对比分析,验证该模型的正确性。然后,搭建Si和SiC模块的T型三电平电路实验平台并进行测试。最后,对比理论分析及实验结果,得出使用SiC功率器件可以使电路损耗大幅降低,大大提高光伏逆变器系统的效率的结论。总之,在全球能源互联网的带动下,新能源产业必然焕发生机,助推新一轮工业革命。     

双馈抽水蓄能机组用中点箝位式三电平变流器损耗与结温分布

针对双馈抽水蓄能机组(DFPSU)运行工况转换频繁,分析不同运行工况下中点箝位式(NPC)三电平变流器功率器件损耗及结温分布。基于DFPSU运行特点,以机侧变流器单相桥臂功率模块为例,研究了不同运行工况下各个功率器件开关动作和电流通路,理论上分析了器件损耗分布不均现象;基于功率器件导通损耗和开关损耗计算模型,建立其热网络等效电路和结温计算模型,考虑DFPSU控制策略,并基于PLECS平台建立了NPC三电平变流器功率器件电热耦合仿真模型;对机组在发电、电动和调相运行工况下的器件损耗和结温分布进行仿真。理论分析与仿真结果表明,不同运行工况下器件损耗不同,变流器中间位置的主开关和箝位二极管的损耗和平均结温最大,且机组在同步转速点附近器件结温波动最大。     

两级三电平与两级两电平光伏变流器效率分析与比较

对应用于光伏发电领域的两级两电平和两级三电平变流器的效率进行了分析计算并给出了相应的比较结果。首先分析了两种电路拓扑结构的工作过程以及损耗来源。在相同的设计要求下,分别对两电平以及三电平两种电路拓扑结构进行参数设计、器件选型。并在所选器件和所设计参数的基础上,计算出有损器件的损耗。同时,为了使损耗比较更有说服力,对于两电平和三电平两种拓扑结构,尽最大可能选择恰巧满足设计要求且为同一工艺甚至同一系列的功率器件。通过详尽的损耗计算和比较,结果说明,在相同工况下,三电平变流器的损耗要低于两电平变流器,并且随着开关频率的增高,效率优势越明显。     

一种抑制三相两电平逆变器电流纹波的变零矢量分配PWM方法

三相两电平逆变器广泛应用于交流电机驱动、电能变换等领域。由于逆变器的输出电流含有纹波成分,会给系统带来损耗增加、性能下降等问题。在脉冲位置居中对称的前提下推导了电流纹波模型,分析了脉冲宽度调制PWM(pulse width modulation)技术中开关周期、脉冲占空比和脉冲位置对电流纹波的影响,并提出了一种改变脉冲占空比抑制电流纹波的PWM方法,即变零矢量分配脉冲宽度调制VZDPWM(variable zero-vector distribution pulse width modulation)技术。最后,通过仿真和实验验证了VZDPWM抑制电流纹波的有效性。     

一种三相五电平电流型逆变器拓扑及其PWM控制方法的研究

多电平变流器具有输出谐波小、功率容量大、电磁兼容性好等特性而越来越引起人们的重视。随着超导储能技术的发展,电感储能效率的不断提高,在某些大功率应用场合,电流型逆变器也将发挥出其特定的优点。因此,电流型多电平逆变器拓扑和控制策略的研究具有一定的实际意义。文中提出了一种三相5电平电流型逆变器拓扑,并分析了其工作原理。对多载波PWM控制方法进行简化,采用两个相位相反的三角载波得到3电平信号,经过解耦处理,得到了一种适合于该拓扑的5电平PWM开关控制策略,并进行了仿真验证。最后,建立了一个三相5电平CSI的实验系统,对文中所给的拓扑和控制方法进行了验证。     

单载波调制的T型并网逆变器数字控制研究

介绍了一种三相T型三电平中功率并网逆变器系统,并给出了三相并网逆变器的数学模型。针对传统的空间矢量脉宽调制(SVPWM)和多载波脉宽调制(PWM)这两种多电平调制方法需要复杂代数运算的缺点,提出了一种易于数字实现的T型三电平单载波PWM方法,并介绍了基于功率前馈的直接电流控制的逆变器双闭环控制策略。研制了一台20 kW实验样机,通过实验验证了所提调制和控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。     

一种适用于直流配电网中半桥-全桥混合型MMC的全电平逼近调制策略

为改善半桥-全桥混合型子模块数量较少的模块化多电平换洗器(modular multilevel converter, MMC)运行性能,推进其在直流配电网等中低压领域的应用,提出了一种全电平逼近调制策略(full level modulation,FLM)。所提FLM利用全桥子模块(full bridge submodule,FBSM)的全电平输出能力,控制桥臂中某一FBSM运行于“脉宽调制(pulse width modulation, PWM)模式”,将所得全电平PWM波与原阶梯波叠加以进一步逼近正弦调制波。子模块工作模式由电容电压排序结果确定,相单元中任意时刻均有两个FBSM运行于“PWM模式”,输出互补的全电平PWM波。基于Matlab/Simulink的仿真结果和物理实验结果表明,在所提FLM调制策略下,交流侧电压电流质量远高于传统最近电平逼近调制策略,运行损耗、控制复杂度及循环电流均优于传统载波移相脉冲宽度调制,满足中低压领域的调制要求。