新型Z源T型五电平逆变器及其调制策略EI北大核心CSCD

针对传统二极管中点钳位三电平与五电平逆变器需要大量钳位二极管、结构复杂、可靠性差、二极管开关损耗较大,以及传统Z源两电平逆变器电容电压应力较高、升压能力不足、功率较低等问题。首先,提出了一种T型五电平逆变器拓扑,该拓扑省去了大量钳位二极管,结构简单,开关损耗小,功率等级高;其次,结合Z源网络与该T型五电平拓扑,得到一种新型Z源T型五电平逆变器拓扑,与传统Z源逆变器相比,在相同的电压增益下,该新型逆变器有效降低了开关器件电压与电容电压;再次,将Z源网络中的电感用升压单元代替,进一步增强了其升压能力;最后,设计了该新型逆变器的同向载波调制策略。仿真实验证明了所提拓扑的正确性与调制策略的有效性。     

二极管钳位型多电平逆变器脉宽调制时电容电压均衡方法

电容电压不均衡是二极管钳位型多电平逆变器中一个关键技术问题。当三电平二极管钳位型逆变器采用SPWM和SVPWM的调制时,直流侧分压电容的电压产生基波频率为三倍输出频率的低频振荡。要使一个采样周期内电容电压不发生不均衡,需要使在该采样周期内向中点电荷注入的电荷总和为零。本文提出了一种新的调制策略,在三电平二极管钳位型调制策略中可以等效为虚拟矢量调制策略,但这种调制策略可以方便地扩展到更多电平二极管钳位型逆变器的调制中。通过向调制波注入零序电压分量,这种调制策略可以等效为基于载波的调制策略。文中以二极管钳位型三电平和五电平逆变器进行了仿真研究,最后建立了二极管三电平逆变器,实验结果验证了算法的有效性。     

微网中一种新型准Z源三电平逆变器拓扑

针对传统Z源拓扑存在升压能力有限,电容电压应力较大以及电感启动电流过高等问题,本文提出一种新型准Z源三电平逆变器拓扑。相比较传统Z源网络的两个电感与电容,新拓扑上下结构对称,由四个电感、四个电容以及两个导通二极管构成;同时,新拓扑在保证升压能力不变的前提下能够显著抑制电感启动电流和降低电容电压。最后,仿真和实验验证了本文提出的一种新型准Z源三电平逆变器拓扑的有效性。     

电容钳位多电平逆变器的新型相移空间矢量控制

针对电容钳位多电平逆变器传统载波相移PWM方法的线电压谐波高、电容电压不易稳定控制、电压利用率较低等问题,提出了一种新型相移空间矢量调制(PS-SVPWM)策略。将传统PS-SVPWM引入到多电平电容钳位逆变器中,虽然提高了电压利用率,平衡了电容电压,但不能有效降低线电压谐波;对空间矢量调制中的三角载波进行改进,提出了新型PS-SVPWM策略。该方法在具备以上优点的基础上,有效降低了线电压谐波。以三电平电容钳位逆变器为例,详细阐述了新型相移空间矢量控制策略的调制原理,对于多电平电容钳位型逆变器,只需分层调制,省去大量的扇区划分和数学计算。以电容钳位三电平和五电平逆变器为例进行仿真验证,结果证明了该调制策略的正确性和有效性。     

内环钳位式新型五电平逆变器系统

在交流电动机调速领域,多电平变换器的应用越来越广泛,在各种多电平拓扑结构中,二极管钳位型多电平拓扑结构在中低压领域的应用最为广泛。但是随着电压等级的升高,开关数量的增加,钳位电容电压的平衡问题也成为该结构突出的难题。本文提出了一种新颖的内环钳位式新型五电平逆变器结构,该结构基于传统的二极管钳位型五电平拓扑结构,在其内环悬浮电容节点上接入一组独立的直流电压源,通过最优控制的算法,实现了五电平拓扑结构中所有钳位电容电压在全负载范围内稳定可控。本文对所提出的五电平拓扑结构进行了仿真及实验研究,仿真和实验结果验证了新方案的可行性。本文提出的方法为二极管钳位型多电平结构解决电容电压平衡问题提供了一个新颖的思路,对该结构的深入研究具有重要的实用意义。     

APOD载波调制三电平Z源逆变器

根据中点钳位三电平单Z源逆变器的拓扑结构,详细分析了其3种工作状态。与传统逆变器不同,直通状态的插入不仅省去死区的设置以及死区时间的补偿,同时实现了逆变器升压输出的效果。根据直通矢量插入特点,提出一种基于交替反相层叠载波调制(APOD)的三电平Z源逆变器脉宽调制方法。该方法将直通状态插入于零矢量中,实现直流链的全直通,获得升压能力的同时又不增加开关损耗。仿真和实验结果表明该调制策略能够实现逆变器升压输出,验证了所提出的APOD载波调制三电平Z源逆变器控制策略的有效性。     

降电容电压型准Z源三电平逆变器及其恒功率并网控制

针对传统Z源三电平逆变器的Z源网络电容电压应力大、启动时存在冲击电流等问题,提出一种新型的准Z源中点钳位式(NPC)三电平逆变器拓扑结构,并对其并网控制方法进行研究。首先,分析了新型准Z源NPC三电平逆变器的结构和工作原理;然后将恒功率控制策略引入到准Z源NPC三电平逆变器的并网控制中,并结合SVPWM调制策略实现了逆变器并网控制;最后,进行了软件仿真与硬件实验。结果表明:准Z源NPC三电平逆变器能够减小Z源网络电容电压应力,并网控制方法能够实现逆变器输出的有功、无功功率有效跟踪设定值,且并网电流谐波含量较低。     

新型八开关五电平逆变器及功率均衡调制策略

为了避免传统多电平逆变器因电容、二极管等元器件较多而导致的逆变器控制复杂、电容电压难以平衡等问题，提出一种新型八开关五电平逆变器拓扑结构，该拓扑为双独立电源对称结构，无需电容、二极管等元器件，所用元件的种类和个数较少，降低了逆变器控制的复杂度，使得整体设计更加紧凑和简洁。针对该拓扑在同相层叠调制策略下逆变器输出电压谐波性能优异，但输出功率不均衡以及开关损耗不相等的问题，提出一种新型双调制波策略，该调制策略在保证逆变器输出电压谐波性能优异的前提下，还能使其达到倍频效果，并实现了全幅值调制度下直流电源之间的输出功率均衡。最后通过仿真结果与实验研究共同验证了所提拓扑结构的优越性及其调制策略的可行性。     

一种开关电容和二极管钳位组合的多电平拓扑

传统的二极管钳位型多电平拓扑存在直流母线电容电压不平衡的问题。提出一种开关电容和二极管钳位组合式的多电平拓扑,介绍了其结构组成和工作原理。该拓扑将开关电容电路和二极管钳位电路有机地结合起来,充分利用两部分电路的工作特点,不但具有平衡直流母线电容电压的功能,而且可以用多种升压方式实现升压输出,同时使用的元器件数量较少。最后通过一个五电平电路的仿真和实验验证了本拓扑的有效性。     

一种倍压开关电容型Quasi-Z源逆变器

为弥补传统准Z源逆变器升压能力弱,电容和开关管电压应力较高,直流源输出电流断续,纹波较大,强升压能力与输出优质波形冲突等缺点,提出了一种倍压开关电容型Quasi-Z源逆变器拓扑。该拓扑是在传统准Z源逆变器的基础上通过增加一个开关电容网络、一个升压电感和一个续流二极管并经优化设计而成。通过采用简单升压调制策略控制开关管通断,实现三相桥臂直通使阻抗源进行储能,进而完成单级升压逆变的过程。该结构较传统Z源逆变器拥有成倍的升压能力,且在直通占空比较低的情况下升压能力依然具有较明显的优势,同时具有电容电压应力低,直流源输出电流连续等优点。通过仿真和实验验证了其准确性与优越性。     

不均匀升压的七电平开关电容逆变器

新能源接入电网需要更可靠的逆变器,针对现有多电平逆变器存在拓扑结构复杂和功率器件电压应力高等问题,提出一种不均匀升压的7电平开关电容逆变器。该拓扑结构由双电容开关模块和全桥电路组成,以较少的器件数量和低电压应力实现两倍增益的7电平输出。采用最近电平逼近法和基频调制策略控制开关管的导通顺序,实现电容与电压源的串并联。拓扑结构简单、开关损耗和电压纹波小,且满足电容电压自平衡和不均匀升压功能,极大地降低了电压谐波的畸变率,提高逆变器转化效率。最后对逆变器拓扑结构的工作原理、调制策略和电路参数进行了理论分析,并通过仿真和实验验证了该拓扑结构的可行性与有效性。     

一种改进的二极管钳位型多电平变换器拓扑

多电平电路在高压大功率领域的拓展受到其复杂电路拓扑的制约,因此近年来不断有新型多电平电路结构被提出。本文在传统多电平逆变器拓扑结构的基础上,提出了一种新型单相七电平电压源逆变器拓扑。新型电路拓扑是在传统的单相全桥五电平钳位二极管电路基础上,增加了两个开关器件,利用10个开关器件以及4个钳位二极管产生了7种不同的电平输出。详细分析了该逆变器的拓扑结构,给出了PWM控制策略。最后通过仿真实验验证了这种拓扑的可行性。该逆变器对传统钳位二极管逆变器在结构上做出了优化。     

基于滑模控制的新型双准Z源NPC型五电平逆变器并网控制策略

针对传统双Z源二极管箝位(NPC)型五电平逆变器的Z源网络电感启动电流过大、升压能力有限等问题,提出一种新型的双准Z源NPC型五电平逆变器拓扑结构。用一种新型的双准Z源结构代替传统的双Z源结构,能够降低近2/3的Z源网络电感启动电流,提升逆变器直流侧电压接近2倍。将滑模控制应用到准Z源五电平逆变器系统的控制中,该方法无需线性化处理,只需通过系统数学模型就可推导出适当的控制规律。分析新型双准Z源五电平逆变器拓扑的工作原理;应用状态空间法和小信号模型对准Z源五电平并网系统进行数学模型推导和分析,并进行滑模控制器的设计;仿真和硬件实验结果表明,与传统比例-积分(PI)控制相比,滑模控制能够显著提高系统稳定性,降低电流谐波。     

基于DZSI光伏发电系统的SVPWAM策略研究

Z源逆变器已开始应用于分布式光伏发电系统中,但传统的Z源逆变器存在升压能力有限、输入电流不连续和启动冲击等问题。采用一种新型的二极管辅助延展型Z源逆变器结构,它能够有效解决传统Z源逆变器的不足。同时,提出了一种基于Z源拓扑的新型调制策略?空间矢量脉冲宽度幅值调制(SVPWAM)策略,它通过消除每个扇区的零矢量,且在每个扇区仅在具有开关动作的单相桥臂插入直通零矢量,从而能够大大降低开关频率。软件仿真和实验结果都表明该调制策略相比于SVPWM调制,它能够更有效地降低逆变器开关损耗和谐波含量,并提高电压利用率。     

改进型准Z源三电平逆变器建模分析

针对传统Z源逆变器(Z-source inverter, ZSI)电容电压应力大和升压能力不足等缺陷,提出了一种改进型准Z源逆变器(quasi ZSI, QZSI)拓扑结构。首先,对改进型Z源三电平逆变器的稳态工作原理进行深入分析,得到直流链输出电压和电容电压表达式,并与传统Z源三电平逆变器进行对比。理论推导出改进型Z源网络的无源参数,结合改进简单升压控制策略,说明改进型Z源逆变器整体升压能力。最后,通过在Matlab软件仿真和硬件平台上实验结果验证了改进型Z源逆变器具有良好的升压能力,降低电容电压应力以及抑制启动冲击效果。相比于传统的Z源逆变器,提出的改进型Z源逆变器具有电容电压的应力更小、输出电压的升压更高、电感电流的冲击更小等优点。     

三相电压型准Z源逆变器电路拓扑和调制策略

准Z源逆变器具有宽范围升压能力,适用于光伏风力等可再生能源发电。从拓扑和调制策略两方面详述了三相电压型准Z源逆变器的发展与现状,并获得了重要结论。其电路拓扑包括基本型、强升压能力改进型、低电压应力改进型和能量存储型4类,其中强升压能力改进型又分为单阻抗网络和级联阻抗网络2类,给出了电压应力、升压能力等特性比较;低电压应力改进型包括三相三电平中点钳位、级联多电平和级联Trans等。调制策略有正弦脉宽调制SPWM(sinusoidal pulse width modulation)、改进空间矢量脉宽调制SVPWM(space vector pulse width modulation)和消除共模漏电流改进脉宽调制PWM(pulse width modulation)3类,给出了调制系数、电压应力特性比较。     

新型非隔离型三相三电平光伏并网逆变器及其漏电流抑制研究

在二极管中点钳位型逆变器(NPC)的基础上,提出一种新型非隔离型三相三电平光伏并网逆变器,并对其工作特性和漏电流特性进行研究。与NPC逆变器相比,新型逆变器的拓扑仅由十二个开关管和两个直流侧母线电容组成,比NPC逆变器少用了六个功率二极管,拓扑结构得到了简化。为抑制其漏电流,在分析共模电压和开关状态关系的基础上,改进了传统两电平载波调制方案,提出一种新型单载波调制方案。分别通过并网仿真、并网实验和感性实验,验证了所提出拓扑的可行性与新型单载波调制策略的有效性。     

新型准Z源三电平逆变器的性能分析及其并网控制特性

针对传统Z源逆变器起动冲击电流大,升压能力不足,电容电压应力大等局限性,提出了一种准Z源中性点钳位式(neutral point clamped, NPC)三电平逆变器拓扑结构。首先,分析了所提结构的工作原理及其准Z源参数的设计,在低直通占空比情况下,实现了较高逆变器电压输出,优化了电能质量,降低了准Z源网络的电容电压;其次,引入了简化PQ控制策略,实现了单位功率因数并网,电流谐波畸变率低;最后,经过Simulink软件和实验硬件研究,验证了新型准Z源三电平逆变器的优越性及其并网控制策略的有效性。     

改进型双向Z源储能变流器拓扑结构及空间电压矢量调制策略

针对传统Z源逆变器电容电压应力高、启动冲击电流大、存在非正常工作状态、能量无法双向流动等缺点,提出了一种改进高性能双向Z源变流器拓扑。将改进型Z源逆变器中的二极管用一个带有反并联二极管的全控开关代替,通过对全控开关的控制,使Z源电感中的电流可反向流动,电感电压始终被钳位在电容电压,进而消除传统和改进型Z源逆变器在小电感或轻载下出现的非正常工作状态,保持直流链电压稳定。此外,控制电感电流的反向流动还可实现能量由交流侧向直流侧回馈。在理论分析的基础上,提出了一种改进型空间电压矢量调制策略。仿真结果表明,所提拓扑的电容电压应力和启动冲击电流比传统拓扑的更小,可在纯无功负载下运行,并可实现能量的双向流动。     

开关电感Z源三电平中点钳位逆变器的研究

Z源三电平中点钳位逆变器有效地结合了Z源网络的开关电感特性和三电平逆变器的特点,但升压能力有限。针对这一问题,文章提出了开关电感Z源三电平中点钳位逆变器。新逆变器通过改进电路拓扑获得了更强的升压能力,能显著提高系统的输出电压。文章采用改进载波同相层叠调制法控制开关管的工作,该方法简单、可靠、易于实现。仿真结果验证了新拓扑的可行性及有效性。