基于动态偏置分配PD-PWM的变桥臂换流器子单元电容均压策略

变桥臂多电平变流拓扑(A2MC)是一类采用全桥子单元级联结构和IGBT串联型导向开关结构相结合的新型多电平变流器拓扑。针对其全桥子单元级联结构电容电压均衡的问题,提出了一种新型简单有效的PD-PWM桥臂调制方法。与传统的调制策略相比,该调制方法更容易实现,具备更好的动态特性,并且大幅降低计算时间,该调制策略在各类全桥子单元级联结构中具备强可移植性。仿真和实验结果验证了这种新型调制策略的简单性和有效性。     

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。     

新型Z源T型五电平逆变器及其调制策略

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。     

高可靠型非隔离三电平光伏并网逆变器

为解决二极管箝位三电平光伏并网逆变器存在直通危险而导致可靠性降低的问题,提出一种改进型三电平并网逆变器电路拓扑,将双降压式半桥逆变器的防直通结构引入传统二极管箝位三电平电路中,并结合光伏并网逆变器要求单位功率因数运行的特点省略了双降压式半桥逆变器的桥臂续流二极管,使得新拓扑十分简洁.详细分析了新型三电平逆变器的工作模态、运行方式、共模特性和控制策略,并通过仿真和实验验证了新型逆变器的防直通、定频滞环控制和低漏电流特性.     

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。     

五电平双降压式半桥逆变器

以双Buck电路为基本单元构建多电平逆变器,提出新颖的五电平双降压式半桥逆变器。该拓扑结构不同于传统飞跨电容型、二极管箝位型或级联型多电平逆变器,它保留了双Buck逆变器无桥臂直通、无体二极管反向恢复问题的优点和电流半周期工作模式。与传统桥式多电平逆变器相比,钳位电路得到简化,电路复杂度降低,无桥臂直通隐患,系统稳定性提高。理论分析、仿真和实验结果均表明该逆变器性能优异,同时实现了高效率和小的滤波器体积重量。     

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。     

半桥级联多电平逆变器拓扑结构及其调制方法

针对半桥级联多电平逆变器拓扑结构,提出了与之相适应的调制方法。该拓扑结构与传统的H桥级联多电平逆变器相比,在基本单元级联数目相同的条件下,具有输出更多电平等级,减少电力电子开关器件数目等优点。以对称的3个功率单元和非对称的两个功率单元为例,分别对两种不同的调制方法进行了理论分析和仿真验证。仿真结果验证了该拓扑结构的优越性及其调制方法的可行性。     

一种新型的级联型多电平逆变器拓扑

本文介绍了一种新型级联型多电平逆变器拓扑结构,并对其PWM调制算法进行了仿真研究。该拓扑电路与传统的H桥级联型多电平逆变器相比,可以用相对较少的电力电子开关器件实现多电平的输出。该拓扑电路由一系列电平变换单元级联而成,可以减少开关器件的数目及其功率损耗、减小逆变电路的体积、提高逆变效率并具有相对简单的控制系统。最后基于Matlab/Simulink对该拓扑结构的PWM调制方法进行了仿真,仿真结果验证了该拓扑结构的正确性与优越性。     

三相四桥臂混合五电平逆变器及其3D-SVPWM算法

混合型多电平逆变器可以用较少的开关器件输出更多的电平,常被应用于中频逆变器领域,与传统逆变器相比,具有体积小、成本低、效率高等优点。一种新型的三相四桥臂混合式五电平逆变器拓扑及其abc坐标下的SVPWM调制优化算法被提出,通过将直流端三个电容器的电压按1:2:1的比例调整,可实现输出线电压的9个电压等级。在提高了输出电平的同时,精简了电路结构,降低开关管应力。最后,通过对所提结构和3D-SVPWM算法的仿真和实验结果验证了该方法的性能。     

基于Sigma-Delta调制的双两电平逆变器调制策略

在多电平逆变器的调制中,Sigma-Delta调制器可以改善逆变器输出电压频谱,减少系统噪声。而将其运用到共直流母线的开绕组异步电机双两电平逆变器系统中时,由于开关状态和开关频率的不固定,无法采用传统的改变冗余小矢量作用时间的方法来消除系统中的零序电压。为此,针对共直流母线双逆变器系统,提出一种调制方法,该方法利用Sigma-Delta调制器过采样及噪声压缩技术,优化逆变器输出电压频谱;同时,利用两电平空间矢量图中两个互差120°的基本矢量所对应的系统零序电压为零的原理,将参考电压矢量分解为两个大小相等、方向互差120°的等效参考电压矢量,并由两台逆变器分别单独产生,以此实现对共直流母线的开绕组异步电机双两电平逆变器系统零序电压的完全消除。仿真和实验结果验证了该方法的正确性和有效性。     

新型Buck-Boost变换器在感应加热电源中的应用

针对传统感应加热电源中直流斩波环节开关损耗大、调压范围窄的缺点,提出一种新型的Buck-Boost软斩波电路,通过增加辅助开关管和谐振元件实现了主开关、辅助开关和主续流二极管的软开通和软关断。这里以180 kHz高频感应加热电源为研究对象,逆变侧采用基于IGBT倍频的单相桥式逆变电路,使输出频率为逆变器频率的两倍,逆变器输出匹配串联谐振负载。此处详细分析了新拓扑结构的工作过程,并通过实验证明了分析和设计的正确性和可行性。     

无刷直流电机非换相相电流采样的逆变器结构

提出了一种新型的逆变器结构,将传统的三相桥逆变器中与功率开关管反并联安装的续流二极管独立开,通过采用磁感应式电流传感器,实现无刷直流电机的非换相相电流的采样,从而使得电磁转矩的精确控制成为可能。理论分析及实验结果证明了该结构的可行性及有效性。     

Hybrid multilevel power conversion system: a competitive solutionfor high-power applications

Trends in power semiconductor technology indicate a tradeoff in the selection of power devices in terms of switching frequency and voltage-sustaining capability. New power converter topologies permit modular realization of multilevel inverters using a hybrid approach involving integrated gate commutated thyristors (IGCTs) and insulated gate bipolar transistors (IGBTs) operating in synergism. This paper investigates a hybrid multilevel power conversion system typically suitable for high-performance high-power applications. This system, designed for a 4.16 kV⩾100 hp load is comprised of a hybrid seven-level inverter, a diode bridge rectifier, and an IGBT rectifier per phase. The IGBT rectifier is used on the utility side as a real power flow regulator to the low-voltage converter and as a harmonic compensator for the high-voltage converter. The hybrid seven-level inverter on the load side consists of a high-voltage slow-switching IGCT inverter and a low-voltage fast-switching IGBT inverter. By employing different devices under different operating conditions, it is shown that one can optimize the power conversion capability of the entire system. A detailed analysis of a novel hybrid modulation technique for the inverter, which incorporates stepped synthesis in conjunction with variable pulsewidth of the consecutive steps is included. In addition, performance of a multilevel current-regulated delta modulator as applied to the single-phase full-bridge IGBT rectifier is discussed. Detailed computer simulations accompanied with experimental verification are presented in the paper     

变结构控制策略在串级调速系统中的应用

采用带斩波器的晶闸管相控串级调速虽然可以将系统允许的逆变角固定在最小值,最大程度上减少逆变器所吸收的感性无功功率,但并不能从本质上解决功率因数低的问题。逆变器侧采用可控型器件IGBT代替晶闸管,在引入PWM逆变技术的基础上,利用逆系统方法将逆变器的非线性系统数学模型变为伪线性系统且实现多输入多输出的解耦。应用变结构控制来设计控制策略,实现向电网发出感性无功功率,以提高整个电机和串级调速系统功率因数的目的。最后通过仿真实验验证了控制方案的正确性和有效性。     

有源滤波技术在串级调速中的应用

在传统串级调速系统中,由于逆变器采用晶闸管,从转子侧通过串级反馈到定子侧的电流中,含有大量谐波;另外,整流器产生的间谐波也通过电动机自身磁场耦合到定子侧。如果逆变侧采用IGBT代替传统的晶闸管,利用PWM逆变技术作为有源滤波器,可大大消除谐波和间谐波。采用基于瞬时无功理论的有源滤波技术,利用精确线性化的方法将原非线性系统数学模型变为伪线性系统并实现多输入多输出的解耦。在此伪线性系统的基础上,应用滑模变结构控制来设计控制策略,达到抑制进线电流中谐波的目的。最后建立了基于此控制策略的仿真模型,并通过仿真验证了控制策略的有效性。     

H桥多电平逆变器的混合载波交叠式PWM控制

为了增大逆变器的功率等级,改善输出电压的波形质量,提出了一种级联H桥多电平逆变器拓扑和与其相对应的PWM载波调制控制策略。该方法是根据传统混合频率载波调制策略,采用了同相的交叠式三角载波调制,结合了同相层叠式载波调制较好的消谐特点以及使高低压单元功率自然平衡的特点,使级联H桥多电平逆变器拓扑结构不仅可以输出多电平,还能解决混合调制下的功率环流现象,而且逆变器模块化比较简单,可以使逆变器在输出周期内功率达到自然平衡。以2个高低压单元为例,进行了仿真实验。实验结果验证了该逆变器结构和控制策略的可行性。     

Newly proposed hybrid resonant commutation bridge‐leg link snubber‐assisted three‐phase ZVZCS‐PWM soft‐switching inverter

This paper presents the newly proposed hybrid resonant commutation bridge‐leg link (HRCB) snubber circuit which can achieve zero voltage and zero current soft‐switching commutation for single‐phase and three‐phase voltage source‐type inverter, along with its unique features and operation principle. The circuit parameter design approach for the HRCB snubber circuit and the determination estimating scheme of the gate pulse timing processing which is more suitable and acceptable for single‐phase and space voltage vector modulated three‐phase voltage source inverter using the HRCB snubber circuit are described in this paper. In particular, the three‐phase voltage source soft‐switching inverter associated with the proposed HRCB circuits are evaluated and discussed from simulation and experimental viewpoints. The practical effectiveness of the HRCB snubber‐assisted three‐phase voltage source soft‐switching inverter using IGBT power modules which is based on the instantaneous space voltage vector modulation is clarified on the output voltage waveform, actual efficiency of electromagnetic noise in comparison with three‐phase voltage source‐type conventional hard‐switching inverter. © 2006 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 157(4): 75–84, 2006; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20111     

三电平逆变器控制策略的改进研究

提出一种基于非直角坐标系的两电平SVPWM控制算法。在此基础上采用新型电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法将三电平逆变器的电压空间矢量平面简化至两电平平面。在DSP中将两电平逆变器的电压空间矢量控制算法应用于三电平逆变器中。实验结果证明该算法实现简单,性能良好。     

基于热阻抗模型的三相逆变器功率器件结温监测方法

绝缘栅双极型晶体管IGBT(insulated gate bipolar transistor)模块结温的精确计算是开展功率器件主动热管理、寿命预测的前提和关键。IGBT模块的导通压降和开关损耗均受温度影响,在计算损耗时应根据温度对结果进行修正。基于空间矢量脉宽调制SVPWM(space vector pulse width modulation)的两电平三相逆变器,利用热阻抗模型预测法对IGBT模块的结温进行监测,建立了结温计算模型。然后通过PLECS软件热仿真对比验证了有无温度修正的理论计算方法,结果表明温度修正有利于提高结温计算的准确性。最后开展小功率两电平三相逆变器实验研究,利用热敏电阻法测量了IGBT模块的结温,计算结果与实验结果误差率小于2%,验证了结温计算模型的准确性和可行性。