新型单相T型五电平非隔离光伏逆变器

提出了一种基于传统单相H桥拓扑和T型NPC拓扑相结合的五电平非隔离单相光伏并网逆变器拓扑结构,该拓扑包括两种结构,即通常的单相全桥和T型中点钳位结构.该拓扑通过一个由双向开关管组成的T型中点钳位结构来获得五电平,称之为T型五电平拓扑.具体分析了该新型拓扑的工作模态与共模漏电流抑制能力,该新型拓扑具有较高的效率,具有较低的泄漏电流,相比于传统的三电平拓扑具有很小的并网电流谐波和较低的开关管电压应力,可以减少并网逆变器的滤波成本和开关管器件成本.最后通过仿真和实验验证了理论的正确性.所提出的T型五电平拓扑符合非隔离光伏并网逆变器的相关标准,适用于光伏逆变器市场.     

一种交错并联型三电平双降压式全桥光伏并网逆变器

提出一种新颖的交错并联型三电平双降压式全桥光伏并网逆变器。保留了三电平双降压式全桥逆变器转换效率高、开关损耗低等优点,交错并联技术的引入,不仅使得逆变器输出电流纹波在不提高功率管开关频率的情况下进一步减小且频率增加一倍,从而减小了并网电流的总谐波失真,而且提高了系统的功率密度,降低了功率器件的电应力和热应力。提出交错并联的两路逆变共用两个工频开关管,弱化了控制的复杂性,提高了系统的稳定性和可靠性,且使得系统更易扩展。详细分析逆变器的工作原理,设计试制一台2 kW原理样机,实验结果验证了原理的正确性及系统的性能优势。     

混合五开关五电平光伏并网逆变系统研究

介绍了一种用于光伏并网系统的单相混合五开关五电平逆变器。该逆变器包含了1个全桥逆变电路及由4个二极管和1个开关组成的辅助电路,加入的辅助电路使得传统的三电平全桥逆变电路的输出变为五电平。分析了五开关五电平逆变器的工作过程,采用1个参考信号交替与2个载波信号进行比较的SPWM控制策略,获得了5个开关的开关信号。通过仿真对该逆变器的可行性进行了验证,逆变器输出电压和电流的谐波畸变率低,且并网电流与电网电压同频同相,满足并网要求。     

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.     

一种不隔离三电平双Buck光伏并网逆变器

为提高变换效率,无变压器式光伏并网逆变器是近年来的研究热点。针对无变压器拓扑的漏电流问题,提出一种三电平双Buck光伏并网逆变器,是在独立型双Buck三电平逆变器基础上,简化其电路结构得到。对地寄生电容电压被输入电容钳位在母线电压的一半,消除了漏电流。该拓扑续流回路经过的器件较传统拓扑数量少,且不经过性能较差的体二极管,有利于获得更高效率。还提出和分析包括均压控制在内的多环控制策略。仿真和实验验证了该结构及控制方案的正确性和可行性。     

无源无损软开关双降压式全桥逆变器

针对目前多数软开关逆变器拓扑结构都需要附加辅助开关器件来实现软开关技术,导致检测控制复杂这一问题,提出了一种新颖的无源无损软开关双降压式全桥逆变器。该电路在双降压全桥逆变器的基础上加入无源无损吸收电路,既保留了双降压全桥逆变器高效可靠的优点,同时利用双降压式全桥逆变器单向DC-DC的结构特点,通过增加无源无损吸收电路来实现软开关技术,利用无源器件自身的谐振过程改善功率器件的开关状况,减小开关管的关断损耗,同时使开关管导通期间无源无损吸收电路存储的能量得到有效转移。分析对比了七种拓扑结构的可靠度,表明无源无损软开关双降压式全桥逆变器具有较高的可靠性。实验表明了所提出的无源无损吸收电路有效地减小了开关损耗,提高了系统效率。     

单相高可靠并网逆变器电路拓扑

针对传统桥式并网逆变器存在桥臂功率开关管的直通问题,提出了一族单相高可靠并网逆变器电路拓扑。所提并网逆变器是由高可靠性单元相互组合而成。分析了双极性和单极性调制高可靠并网逆变器的工作原理,归纳出了高可靠并网逆变器的构成原则。以单极性双降压全桥并网逆变器为例进行了仿真验证。比较分析了传统并网逆变器和所提高可靠并网逆变器。分析结果表明：双降压半桥并网逆变器适合110~120 V电网电压场合,而全桥型高可靠并网逆变器适合220~240 V电网电压场合。     

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。     

单相全桥三电平逆变器的控制与仿真

文中提出了一种对称型的单相全桥三电平逆变器,逆变器主要由两个桥臂组成,且每个桥臂有四个开关管,每个开关管的电压应力只有输入电压的一半。文章详细介绍了一种正弦脉宽调制(SPWM)控制策略,由两个同相的三角载波和正弦调制波的正反相分别交接得到四个不同的脉冲信号,再结合稳定性好的双闭环控制策略,这种控制方法提高了单相全桥逆变器输出电压的外特性。通过Matlab/Simulink的仿真,在SPWM双闭环控制策略的情况下,三电平逆变器的输出电压在负载波动时基本保持不变。同时验证了单相全桥三电平逆变器的优点和SPWM双闭环控制策略的有效性。     

三电平双降压式半桥逆变器

该逆变器保留了两电平双降压式半桥逆变器无桥臂直通和高频高效率运行的优点.同时,相对于两电平的结构,其开关管的电压应力得到了降低,桥臂输出电压波形的谐波也得到了改善.分析了三电平双降压式半桥逆变器的电路工作原理,提出了一种实现三态运行的电流滞环控制策略,该控制策略实现了电路的半周期运行模式.最后对1 kVA的原理样机进行实验,实验结果验证了该三电平双降压式半桥逆变器具有优良的性能.     

三电平双降压式全桥逆变器

提出了一种新颖的三电平双降压式全桥逆变器。该逆变器是在两电平双降压半桥逆变器基础上改进得到,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半周期工作模式,又克服了其缺点：器件耐压要求减半,更适合高压的输出场合;其桥臂输出不再是传统半桥型逆变器的两电平双极性调制波,而是直流电压利用率高、谐波含量小的三电平单极性调制波;其输入侧不再像半桥型逆变器那样需要2个大电容进行分压。该逆变器是一种高效高可靠且体积小的性能优异的逆变器。试验验证了以上分析的正确性。     

PWM Inverters Using Split-Wound Coupled Inductors

The number of output-voltage levels available in pulsewidth-modulated (PWM) voltage-source inverters can be increased by inserting a split-wound coupled inductor between the upper and lower switches in each inverter leg. Interleaved PWM control of both inverter-leg switches produces three-level PWM voltage waveforms at the center tap of the coupled inductor winding, representing the inverter-leg output terminal, with a PWM frequency twice the switching frequency. The winding leakage inductance is in series with the output terminal, with the main magnetizing inductance filtering the instantaneous PWM-cycle voltage differences between the upper and lower switches. Since PWM dead-time signal delays can be removed, higher device switching frequencies and higher fundamental output voltages are made possible. The proposed inverter topologies produce five-level PWM voltage waveforms between two inverter-leg terminals with a PWM frequency up to four times higher than the inverter switching frequency. This is achieved with half the number of switches used in alternative schemes. This paper uses simulated and experimental results to illustrate the operation of the proposed inverter structures.      

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。     

三电平和两电平逆变器效率分析与比较

在分析、计算二极管箝位型三电平逆变器和两电平逆变器的通态损耗、开关损耗以及输出滤波电感损耗的基础上,对这两种逆变器的损耗、效率进行了比较。     

五电平双降压式全桥逆变器

该逆变器是在两电平双降压半桥逆变器基础上改进得到的,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半周期工作模式,是一种和传统的飞跨电容型、二极管钳位型或级联型都不相同的多电平逆变器.同传统多电平逆变器相比,电路复杂性和器件数量降低,控制简单易实现,无桥臂直通隐患.理论分析和实验结果均表明了该逆变器的优异性能,同时实现了高效率和小的滤波器体积重量.     

单相控制型软开关逆变器的最小复位电流控制

基于电感电流临界导通模式（critical conduction mode, CRM）的控制型软开关技术可实现开关管零电压开通（zero voltage switching, ZVS）,但传统恒定电流复位方法的反向电流大,开关管通态损耗高。本文以单相三电平中点箝位型（three-level neutral point clamped, 3L-NPC）逆变器为研究对象,提出一种最小电感复位电流方法。首先,分析了开关管ZVS的实现条件,建立了谐振等效电路分析模型,推导出电感复位电流理论最小值,在保证整个工频周期内开关管ZVS的同时,降低复位电流导致的开关管通态损耗。然后,建立了逆变器损耗分析模型,将本文所提方法与传统恒定电流复位方法进行了损耗计算与对比。最后,搭建了一台1kW的单相3L-NPC逆变器样机,实验结果表明所提方法相比于传统恒定电流复位方法,降低了损耗,最高变换效率提升约0.5%。     

基于GaN器件的双Buck逆变器共模与损耗

目前市场上的光伏并网逆变器结构按隔离方式来分,可分为隔离型和非隔离型,而抑制或消除共模电流是非隔离型光伏并网系统必须要解决的问题。出于在非隔离型光伏并网逆变器中抑制共模电流的目的,研制一种基于GaN器件的双Buck逆变器,该逆变器较传统全桥电路,共模电流小、效率高、控制简单。针对共模特性进行分析研究,分别对其在正常工况与死区状态的共模电流进行理论分析,并进行仿真与实验验证,得出该逆变器能够很好地抑制共模电流的结论。通过引入GaN器件来提高开关频率解决拓扑自身电感较大这一问题,并基于GaN器件对电路进行损耗分析与实验验证,实验结果与理论分析基本吻合,验证了损耗分析的正确性。该逆变器的实测最高效率高达98.63%。     

新型半桥电流源串联谐振软开关三电平逆变器及其控制

提出了一种新型半桥电流源型串联谐振零电流三电平逆变器.该逆变器由三电平桥臂、串联谐振槽、双副边高频隔离变压器、共发射极周波变换器及输出滤波电容组成,开关管电压应力为输入电压的一半,可实现全程零电流软开关.分析了系统开关与能量交换的过程,并对每个开关过程能量传递方式进行了讨论.根据四象限工作要求设计了逻辑组合驱动信号,实现了系统在阻性负载、感性负载、空载模式下的控制.在对电路详细分析的基础上,已经制作样机一台,并通过实验验证了理论分析的正确性.     

一种低漏电流六开关非隔离全桥光伏并网逆变器

为满足非隔离光伏并网发电系统对共模漏电流的限制,提出一种六开关逆变器拓扑(H6拓扑)。所提出的H6拓扑在功率传输模态时,进网电流半个工频周期流过3支开关管,而另半个工频周期流过2支开关管,故相对于H5拓扑,降低了通态损耗,有利于热应力均衡,且仍满足续流阶段光伏电池输出端与电网脱离的要求。详细分析拓扑的工作原理,并推论给出H6非隔离光伏并网逆变器的其它3种拓扑结构;比较分析了H5拓扑、Heric拓扑和H6拓扑的损耗和成本。通过1kW通用样机平台对比验证了上述3种拓扑的效率和共模特性。实验结果表明,H6拓扑的变换效率高于H5拓扑、但略低于Heric拓扑,共模特性优于Heric拓扑、但略劣于H5拓扑。