基于单相背靠背H桥级联结构的仿真研究

级联型多电平变换器输出电压谐波含量小,易于实现模块化,适用于高压大功率场合。提出单相背靠背H桥级联结构,通过直流侧电压级联整流控制和载波移相PWM逆变控制,实现了高压大功率输出目的。通过Matlab/Simulink仿真,验证了该拓扑结构及控制方式的可靠性和正确性。     

一种新型的无变压器级联型多电平变换器拓扑

H桥级联多电平逆变器在高压大容量变频调速领域得到了广泛的应用,其最大的不足之处是必须使用庞大、复杂而昂贵的多绕组移相隔离变压器。为了省去传统H桥级联多电平变换器中的多绕组移相变压器,提出了一种新型的无变压器级联型多电平变换器拓扑结构。该拓扑由通用拓扑结构派生而来,全部由基本单元级联而成,不需要大量独立直流电源,省去了多绕组移相隔离变压器,具有模块性强、结构简单、易于扩展等优点。和现有的主要多电平拓扑结构相比,随着电平数的增多,使用元件较少,更适合于五电平及以上多电平使用。以五电平拓扑为例进行了研究,分析了其工作原理和悬浮电容电压平衡控制方法,仿真和实验结果验证了其可行性。     

拓扑优化中压级联多电平变换器及MPC设计

级联H桥多电平变换器在中压大功率应用场景需配合使用具有多个二次绕组的移相变压器为每个H桥模块提供独立的直流源,从而存在系统成本较高的问题,对此,提出了一种拓扑优化中压级联多电平变换器及其模型预测控制(MPC)。新型级联多电平变换拓扑每相只需一个独立直流源,故所需二次绕组数量大为减少,同时每相使用中点箝位(NPC)三电平模块,可将整个系统的复杂度和成本降至最低。进一步,建立了新变换器的离散时间域数学模型,并引入了MPC完成了直流侧电容电压和输出电流的多目标控制。利用小功率变换器样机进行了实际测试,实验结果验证了新型级联多电平变换拓扑的优势以及MPC的效果。     

T型H桥级联多电平变换器的改进型脉宽调制策略

针对T型H桥级联变换器的拓扑结构及其调制策略进行分析和研究,提出了基于载波移相脉宽调制(CPS-PWM)的改进型调制策略。以单极倍频CPS-PWM所得的虚拟五电平波形作为T型H桥的输出目标,结合T型H桥变换器输出不同电平时的开关模式,遵循"改变最少个数开关管状态来实现输出电平改变"原则,逆向推导T型H桥变换器的PWM信号,并在此基础上给出基于T型H桥单元级联多电平变换器的调制策略。搭建了基于T型H桥级联的单相静止同步补偿器(STATCOM)样机,分析了T型H桥上、下电容均压策略,最后通过仿真和实验结果验证所提调制策略以及电容均压策略的正确性和可行性。     

一种新型的三相桥级联型PWM变换器

传统的单相级联H桥变换器不易直接应用于三相高压场合,为此提出了三相桥级联型PWM变换器的拓扑结构,其子模块为电压源型三相桥式变换器。分析了该新型拓扑的构成思想,推导了二级和三级级联拓扑的电流和功率表达式,其可做整流器也可做逆变器,分别采用单周控制和载波相移控制对其进行仿真研究。仿真结果验证了该新型拓扑的可行性,表明其能够提升电压等级,与传统的单相级联H桥变换器构成的三相变换器相比,能够节省开关管和直流侧电容（独立电源）个数,且直流侧电压纹波较小,在三相高压场合具有较好的应用前景。     

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。     

三相线电压级联多电平变换器原理及仿真研究

级联多电平变换器以其良好的性能在电力电子变换领域有着广泛的应用,但目前仅有单相串联结构,不易直接应用与三相系统。为研究三相线电压级联多电平变换器,结合单元串联多电平变换器原理,提出了一种三相线电压级联多电平变换器的拓扑结构及其相应的控制方法,并进行了仿真研究。结果表明,这种模块化的结构构具有提升电压等级、降低总谐波次数THD的功能,与单元串联多电平变换器相比,能够节省开关管个数及独立直流电源个数,适合在高压大功率场合使用。     

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。     

级联多电平高压DC/AC变换器单周控制策略

将单周控制技术用于级联多电平变换器提高其控制性能.在理论分析的基础上,建立了级联多电平DC/AC变换器单周控制模型,并建立了4个3级H桥三相级联多电平电路仿真实例.在开关频率为2 500 Hz、滤波电感为4 mH、滤波电容为14 μF、每级H桥直流侧电压为500 V并在10％范围内变化时,变换器输出交流相电压幅值为1 ...     

星接三相二极管H桥级联变换器分析与设计

针对实际工业应用中,70%场合中高压变频器只需实现能量单方向传输的特点,分析讨论了一种可用于构成新一代高频隔离中高压变频器整流级的三相星形接法二极管H桥级联变换器。针对单相二极管H桥级联变换器本质上不能实现单位功率因数运行的问题,在分析了星形接法的三相二极管H桥型变换器的工作原理基础上,给出了三相系统可实现单位功率因数运行的理论依据,并重点讨论了三相二极管H桥型变换器运作的两种工作模式。同时采用相量图法给出了系统的最大升压比和系统电感、电容等主要参数的约束条件。最后通过仿真和实验验证了所提理论的正确性和有效性。     

MMC型级联变换器阻抗建模和稳定性分析

工程中常通过不同类型的变换器灵活级联以实现不同的功能，然而变换器级联系统中前、后级变换器之间的相互作用可能会导致系统稳定裕度不足甚至失稳，不同类型的模块化多电平变换器(modular multilevel converter, MMC)级联也将面临稳定性问题。建立了MMC型级联变换器的稳定性分析模型，并提出了一种基于串联阻尼电阻的稳定性提升策略。首先，建立了MMC型AC/DC变换器和DC/DC变换器的阻抗模型，在稳态工作点附近推导出两种MMC型变换器的小信号模型，从而获得前级变换器的输出阻抗和后级变换器的输入阻抗。其次，分析了MMC型级联变换器的稳定性，结果表明，当前级变换器输出阻抗与后级变换器输入阻抗不匹配时，级联系统稳定性裕度可能不足导致系统失稳。进而，分析了MMC型级联变换器的平波电感、桥臂电感和子模块电容等一次参数对级联系统稳定性的影响。最后，提出了一种基于串联阻尼电阻的稳定性提升方法，并给出了串联阻尼电阻的选择建议。仿真结果表明提出的稳定性控制方法可有效提升MMC型变换器级联系统的稳定性。     

光伏级联DC/DC变换器模式切换稳定性分析及降压运行策略

在光伏直流升压汇集系统中,光伏侧DC/DC变换器通过级联拓扑可实现光伏功率升压直流送出。当光伏输入侧功率差异较大时,级联变换器会在最大功率点跟踪模式和定电压模式间切换,模式切换控制会引起系统稳定性变化。文章以级联隔离升压全桥变换器为研究对象,建立变换器在电导增量法-最大功率点跟踪控制、定电压控制下的小信号输出阻抗模型和级联系统等效阻抗模型,根据阻抗稳定性判据评估控制模式切换下系统稳定性差异。当变换器由最大功率点跟踪模式切换为定电压模式时会降低系统稳定性能,且随着切换控制模式模块数量的增多稳定性显著减小。在此情况下,可采用母线电压降压运行的方案,尽可能使光伏侧DC/DC变换器工作在最大功率点跟踪模式,以维持系统的稳定性。在Matlab/Simulink中搭建级联系统仿真模型,验证了理论分析的正确性。     

Stability Analysis of Cascaded DC–DC Power Electronic System

Stability analysis of the cascaded dc-dc power electronic system is analyzed in this paper. For demonstration boost converter supplying, the hybrid switched capacitor converter considered as an example. The boost converter is acting as the bus converter, 42 V bus, while the switched capacitor converter is serving as the point of load converter. The two converters are provided with voltage-mode and peak current-mode controllers, respectively. Converter state-space, two-port network models are developed and then stability of the cascaded system has been analyzed. Cascaded system interaction effects, (i) source converter power handling capability with switching load and (ii) load converter interfacing capability with bus converter, are analyzed. Simulation and experimental results are provided for verification purpose. Copyright © 2009 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

CPS-SPWM技术在级联H桥型变流器上的具体实现方法

CPS-SPWM技术是多重化技术和SPWM技术的有机结合。该技术能够在较低的器件开关频率下实现较高等效开关频率的效果,通过低次谐波的相互抵消提高等效开关频率,而不是简单地将谐波向高次推移,因而具有良好的谐波特性。具有独立电源的级联H桥多电平变流器具有每个H桥单元结构相同、所用元器件数少、易于实现电路的模块化设计和封装等一系列优点,因而在无功补偿和有源电力滤波器等领域有广泛的应用前景。重点提出了基于CPS-SPWM技术的级联H桥型多电平变流器,是CPS-SPWM技术与级联H型变流器拓扑结构的结合,同时具备二者的优点,在大功率变流器领域具有很好的应用前景。     

A single‐switch cascaded high step‐up voltage converter with 95% maximum efficiency for renewable energy systems

This paper proposes a novel nonisolated single‐switch cascaded high step‐up converter. The converter consists of coupled inductors, a clamp circuit, and cascaded capacitors to achieve high step‐up voltage output. Only one switch is used in the proposed converter; the switch can reduce cost efficiently and simplify the control of the proposed converter. The converter also possesses an energy‐recycle mechanism for recycling the spike energy of a leakage inductor. In addition, a clamp circuit is used to reduce voltage‐stress across the switch, and a cascaded design is used to reduce voltage‐stress across diodes and output capacitor. Thus, the proposed converter can select a low‐voltage stress switch for reducing circuit loss and improving the efficiency of the converter. Finally, in this study, a 400‐W nonisolated cascaded high step‐up converter was implemented, of which the input and output voltages are 48 and 400 V, respectively. A microcontroller dsPIC30F4011 was used to control the converter and verify system effects and feasibility. The maximum efficiency of the proposed converter is 95% and the efficiency under a full load is 93%. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

附加电感电流线性反馈控制的级联DC-DC变换器稳定性提升方法

源变换器和负载变换器的相互作用会导致级联DC-DC变换器的不稳定问题,因此,提升级联系统的稳定性很有必要。针对上述问题,将特征值灵敏度应用到级联DC-DC变换器的时域模型中,无需计算源变换器输出阻抗和负载变换器输入阻抗,从时域角度提出了附加电感电流线性反馈控制的级联DC-DC变换器稳定性提高控制方法。同时,基于时域模型直观分析了新引入的控制变量对系统稳定性的影响。最后,通过仿真和实验验证了所提控制方法的有效性。     

DC/DC与DC/AC级联变流器阻抗协调控制策略

在back-to-back级联变流器系统中,前级子变流器的输出阻抗与后级子变流器的输入阻抗相互影响,如果系统参数设计不合理,将会恶化系统稳定性。该文提出了一种阻抗协调控制策略,将级联系统的前级子变流器和后级子变流器的低频阻抗均呈现为阻性阻抗,使得低频相移为0,从而提高back-to-back级联变流器系统的稳定性。基于双H桥DC/DC变流器和三相两电平逆变器级联拓扑结构,对所提控制策略与传统控制策略进行了比较。基于阻抗特性的稳定性判据显示,在低频范围内,所提控制策略可以促进前级功率源变流器和后级负载变流器面向中间直流母线侧呈现阻性阻抗,从而显著降低阻抗匹配作用产生的相移,有助于提高系统的稳定性。最后通过仿真和实验验证了所提出控制策略的有效性。     

级联H桥五电平变流器工况分析与验证

以单相两功率单元级联为例,阐述了级联H桥五电平变流器的拓扑结构和载波相移SPWM(CPS-SPWM)调制策略.从该变流器的运行工况着手,给出了这种变流器在CPS-SPWM调制方法下的工作原理,并从数学角度推导了变流器开关切换、输出电压、电流流向以及均衡电压等情况,理论推导表明CPS-SPWM调制方法应用在级联多电平逆变器上的可行性、可靠性和控制的简易性,为实现调制方法的优化和拓扑结构的改进提供了理论基础.同时对五电平变流器的运行工况进行了详尽的分析,推导出了五电平变流器的数学模型,并进行了仿真和实验验证.基于DSP与FPGA,研制了多路PWM脉冲发生器,既简化了电路的设计,提高了系统的可靠性,又可保证整个系统功率元件驱动信号的同步.实验结果表明,这种变流器能在较低的器件开关频率下实现较高等效开关频率的效果,运行工况稳定,在高压、大功率场合有一定的工程应用前景.     

用于提高级联型电源系统稳定性的自适应有源电容变换器

级联结构是直流分布式供电系统中常见的结构之一,然而,系统中各个子系统/模块之间的交互可能会引起整个系统的不稳定。本文阐述了级联型系统不稳定问题的本质原因,在此基础上提出了用于提高级联型电源系统稳定性的自适应型有源电容变换器,具体讨论了该变换器的物理意义,工作原理和参数设计,对一个120W、不稳定的Buck-Buck级联型系统进行实验,验证了有源电容变换器的正确性。