新型大功率级联式二极管H桥整流器

针对传统中压变频器中移相变压器体积大、接线多、重量大的问题,提出了一种级联式多电平整流电路拓扑。该拓扑无需采用工频移相变压器,而是由二极管整流桥和级联Boost电路模块单元构成,可实现单位功率因数整流、级联模块单元的稳压输出和均压控制。讨论了拓扑的基本工作原理、稳态特性,对其关键参数(升压比,负载不平衡度和电感值)进行了推导,并给出了相应的控制策略。仿真与实验结果验证了所提拓扑和控制策略的可行性。     

多电平并联型复合电流扰动发生器

提出一种新颖三相并联型复合电流扰动发生器的主电路拓扑,由背靠背H桥模块构成。其中,一侧换流器采用H桥级联方式接入系统,用以提高电压等级,另一侧换流器采用单相多绕组变压器并联方式接入系统,用以提高电流容量。级联H桥模块和脉宽调制整流H桥模块都采用三角载波移相控制,提高逆变器等效开关频率,降低整流侧开关纹波电流。从理论上分析了低频正弦波调制扰动电流、谐波电流、无功电流和功率因数调节。最后,设计制作了一套低压400V/100kVA复合电流扰动发生装置样机。实验结果证明所提出的主电路拓扑和控制策略是有效可行的。     

交错并联型380V大容量电压扰动发生器设计

对380 V大容量电压扰动发生装置的设计难点进行了分析,提出基于H桥交错并联结构的新型方案。该结构与常见H桥级联拓扑互为对偶关系,通过结合多绕组变压器和脉宽调制(PWM)整流技术,实现单位功率因数输入和并联模块间的电气隔离。结合装置主电路拓扑,提出结合直流电压前馈控制和载波移相的控制方法,可有效降低380 V大容量电压扰动发生器的负载调整率。仿真和实验结果验证了该方案的可行性和有效性。     

一种适应于动调试验线路的谐波消除电源

为改善中车青岛四方10 kV/25 kV电气化铁路动调试验线路中存在的负序、谐波及负荷冲击等电能质量问题,顺应以复兴号及和谐号为代表的重载化、高速化机车负荷的潮流特性,提出了一种基于制动能量消纳模块和三相-单相变换的新型谐波消除电源(BECM&TSC-HES).该电源方案由18套供电单元采用级联方式构成,每套供电单元中整流侧采用基于移相整流变压器的不可控整流电路,逆变侧采用基于IGBT模块的H桥级联逆变电路,同时直流侧配有基于刹车电阻的制动能量消纳电路.试验结果充分证实了系统的有效性及正确性.     

新型混合级联多电平整流器的研究

针对级联无桥变换器不能实现单位功率因数运行且功率因数角会随着负载加重而变大的问题,提出了一种新型的基于无桥和全控H桥混合级联拓扑结构的整流器。阐述了该拓扑的基本工作原理,建立了直流稳态的数学模型,分析了拓扑的功率因数范围,计算了电路参数和负载比的取值范围,制定出带有均压环的双闭环控制策略,最后通过实验验证了这一拓扑的可行性和正确性,实现了单位功率因数整流和级联模块均压的预期目的。     

三相模块级联型固态变压器均压/均功率控制策略研究

三相固态变压器是适用于智能电网的一种新型的智能电力电子设备,一般包括整流输入级、双有源桥DAB(dual active bridge)直流级和逆变输出级。为解决固态变压器在大功率传输和高输入交流电压工作条件下的高频功率开关管电压电流应力问题,一般采用多模块级联的拓扑结构,但这种拓扑给固态变压器带来了模块间的电压和功率不平衡问题和导致开关管过压过流及电网电流谐波增加等问题。为解决三相模块级联型固态变压器电压、功率的不平衡问题,提出一种新颖的控制策略。输入整流级采用一种基于共同占空比的三相dq0控制策略以保证输入交流电流三相对称,DAB级采用一种基于电压跟随的移相控制方法以实现模块间电压平衡,两级控制策略相配合以实现各模块间电压、功率平衡。仿真和实验均验证了所提控制策略的可行性和有效性。     

提高高压变频器功率因数的方法研究

单元串联式的6kV高压变频器由移相变压器、功率单元和控制器三部分组成。采用矢量法计算移相变压器的各电压参数,力图使电压与电流同相位来提高功率因数,而后对功率单元的拓扑结构进行改进。考虑到双PWM电路自身存在的经济性、可靠性等方面的不足,提出一种基于BUCK-BOOST的三相PFC整流+PWM逆变电路,通过Matlab仿真得出两种电路整流部分的电压波形与交流侧的功率因数,对比发现该三相PFC整流电路所需的器件少,控制电路简单,且消除了交流侧电流的冲击波,将不控整流的功率因数大大提高,且具有良好的可靠性与经济性。     

单周期控制的三相无桥PFC电路的研究

传统三相有源功率因数变换器具有多种电路拓扑形式和控制方法,但整流部分常采用全桥结构,导致输入电流谐波含量较大,电路整体效率不高,而且控制方法相对复杂。基于单相模块构建了一种新型的单周期控制的三相无桥功率因数校正（PFC）电路,通过自耦变压器将三相电路解耦为两相无桥Boost PFC电路并联而成,为削弱2个并联电路之间的耦合干扰,加入分离元件实现了对2个并联电路的独立控制。仿真与实验结果验证了该单周期控制的三相无桥PFC电路的正确性,实现了高功率因数,采用无桥方案也有助于提高电路的整体效率,单周期控制策略控制简单,简化了电路结构。     

多绕组高频变压器隔离式多电平变换器研究

为在高压大功率变换领域中省去工频变压器,并实现隔离、功率平衡和能量双向流动,提出了一种高频变压器隔离式级联型多电平变换器拓扑。级联H桥整流器和级联型逆变器的各个直流母线与采用多绕组高频变压器的隔离单元相连接,可通过多绕组变压器简单地实现各级负载不均衡时的功率平衡。本文给出了多绕组高频变压器隔离式多电平变换器的拓扑结构,并给出了包括级联H桥整流器控制和高频隔离单元控制的控制策略。实验结果验证了本文提出的拓扑和控制策略的正确性。     

双电机异步驱动的三端口级联多电平变换器及再生能量分配系统

为解决工业现场多电机运行及再生能量利用问题,提出一种可同时驱动双电机异步运行的三端口级联多电平变换器拓扑及控制系统。将传统H桥级联多电平变换器与六边形变换器拓扑结合构成一个三端口AC/AC/AC结构。其中,H桥级联变换器每单元前端通过移相变压器接入电网,作为输入端口;六边形拓扑相邻顶点则构成两交流输出端口。采用恒压频比控制,结合功率分配分析,分别给定两输出端口控制信号,驱动双电机异步运行。六桥臂可等效为两组耦合三相对称电源,将一台电机再生能量转移供给另一台电机的电动运行,以此提出新的能量流动路径,降低单元直流侧电容电压泵升。以12单元6桥臂的三端口级联多电平变换器为例,通过Matlab仿真及实验结果验证了该拓扑及控制策略的可行性和有效性。     

级联型电力电子变压器电压与功率均衡控制方法

对于模块级联型电力电子变压器,如果整流级直流输出电压不均衡或各双有源DC-DC变换器(DAB)模块传递的功率不均衡,可能导致开关器件电压或电流应力分配不均。因此提出在整流级采用电压均衡控制,在DAB级采用功率均衡控制来解决整流级输出电压的不均衡问题和因各DAB模块参数不匹配导致的功率不均衡问题。对于该功率均衡控制,是利用各整流模块占空比的有功分量作为反馈量来调节各DAB模块占空比实现的。电压均衡控制与功率均衡控制共同作用,以使系统达到整流级直流输出电压均衡和各DAB模块功率均衡的目的。此外,该功率均衡控制可以很容易由DSP实现,且不需要任何电流传感器。该控制方法已得到仿真验证,并在模块级联型电力电子变压器实验平台上得到实验验证。     

A new bridgeless buck PFC rectifier

In this study, a new bridgeless buck power factor correction (PFC) rectifier is presented. The proposed buck PFC rectifier is designed to operate in the discontinuous conduction mode (DCM). Because of the DCM operation, the control scheme of the proposed buck PFC rectifier is simple and easy, and the reverse recovery problem of the diodes can be alleviated. Because the input current follows the input voltage naturally, the current loop circuit is not required. Thus, only the traditional voltage‐mode control is employed to sense the output voltage, and a suitable control effort for the proposed buck PFC rectifier is generated to drive the power switches. Consequently, the output voltage of the proposed buck PFC rectifier can be kept at a desired value. Finally, the mathematical deductions and experimental results are provided to verify the effectiveness of the proposed bridgeless buck PFC rectifier. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

单相级联多电平H桥整流器有限集模型预测电流控制

本文以基于电力电子变压器的高速列车牵引传动系统中的单相级联多电平H桥整流器为控制对象,以提升系统动态响应速度、减小网侧电流谐波含量为控制目标,提出了一种基于两矢量的有限集模型预测电流控制算法。首先,推导单相级联多电平H桥整流器的α-β静止坐标系下数学模型;然后,基于空间矢量调制思想,对单相级联多电平整流器进行基本电压矢量定义与空间扇区划分;在此基础上,建立包含最小电流误差的目标函数,通过对其求导实时计算出两个矢量的最优占空比,同时为了保证各模块直流侧电容电压的平衡关系,设计了选取冗余矢量的原则。与基于PI的瞬态电流控制算法相比,所提出的模型预测控制算法无需内环PI控制器,显著提高了电流内环的动态响应速度;最后,对所提算法与传统的瞬态电流控制算法进行硬件在环半实物实验对比研究,结果表明了所提算法的可行性与有效性。     

混合级联型多电平变频器拓扑结构研究

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。该文对已提出的级联型多电平电路结构进行深入分析，对其中最具实用价值的混合七电平级联型变频器在PWM控制方法和整流电路结构上作出改进，解决了直流侧电流倒灌和整流侧电流谐波抑制的问题。在此基础上提出了3-10kV电压等级的混合级联型多电平变频器拓扑结构，并给出了仿真和实验结果。该混合级联型变频器符合目前电力电子器件发展特点，对传统级联型变频器在结构上作出了优化。     

4象限H桥功率单元PWM整流器的比例-积分-谐振控制

4象限H桥级联型多电平变换器的功率单元中,由于单相H桥逆变器的输出功率中含有2倍于输出电压频率的脉动分量,如果输入级的PWM整流器采用传统的控制策略,直流母线电压也将会含有该频率的脉动。在PWM整流器电压定向控制中,使用比例-积分-谐振(PIR)调节器控制电压环和电流环,抑制了直流母线电压的脉动,在小功率平台上的实验证明了该控制策略的有效性。     

高功率因数谐振式无桥型LED驱动电源

针对传统LED驱动电源交流输入侧整流二极管导通损耗大的问题,提出了一种高功率因数谐振式无桥型LED驱动电源。该驱动电源利用谐振网络实现了正负极性增益,即无论是正电压输入还是负电压输入,负载端均可以实现正电压输出,进而实现了无桥输入。同时,利用谐振电容电荷平衡实现了各输出支路均流,解决了并联LED串的均流驱动问题。该驱动电源中的双向有源开关仅采用一个控制信号,简化了控制电路。对该LED驱动电源的工作模态及工作特性进行了理论分析。该驱动电源具有结构简单、输出升降压、电气隔离等优点。最后,搭建了一台98 W的实验样机,验证了理论分析的正确性及可行性。     

四象限级联型多电平变换器的PWM整流器控制

分析了四象限级联型多电平变换器的功率单元中,H桥逆变器输出功率的脉动对PWM整流器控制尤其是对其直流母线电压的影响.提出外环控制器为直流母线电压反馈与负裁功率前馈相结合、内环电流控制为比例积分加谐振(PIR)调节器的PWM整流器控制策略.实验表明该控制策略即使在直流母线电容容量很小时,仍然能得到较为稳定的直流母线电压,验证了控制策略的有效性.     

基于单周期控制的一种双向开关型无桥PFC研究

传统的升压型有源功率因数校正(APFC)电路的导通器件多,通态损耗较大,在功率较大和低压输入时的应用场合,其通态损耗影响整机效率的提升.无整流桥的PFC电路成为当今研究热点.文章分析比较了现有无桥PFC电路,并采用一种新型的无桥升压型APFC电路,其导通器件少,电压应力低,开关损耗小,在中大功率场合可得更高效率.文中介...     

用于级联H桥整流器均压的新型多维空间矢量调制策略

针对级联H桥整流器的直流电容电压不平衡问题,提出了一种带均压功能的新型多维空间矢量调制策略。通过分析系统输入电流的方向、交流参考电压所在区间,以及模块直流电容电压、平均电容电压间的大小关系,选择最优的工作模式矢量,即使在模块负载差异较大甚至是某模块空载的恶劣情况下,均能快速、准确平衡系统各模块直流电容电压,并保证输入电流的高度正弦、功率因数可调。文中详细阐述了最优工作模式矢量的选择原则与方式,并总结出了一种简单可行且适用于任意模块数的级联H桥整流器的最优工作模式矢量选择算法。仿真与实验结果证明了所提出的新型均压策略的有效性。