单相光伏储能逆变器中H6桥电路及控制研究

在此以H6桥电路作为单相光伏储能逆变器中的网侧变换器,分析了H6桥变换器在逆变工况和整流工况下的电路工作模态,揭示了其共模漏电流的抑制机理,并在此基础上提出双向H6桥变换器的一致单极性调制方法,从而统一了H6桥变换器在能量双向流动时开关管的调制策略,并降低了开关管的损耗。给出双向H6桥变换器在逆变和整流工况下的双闭环控制方法,推导了相应的传递函数,分析了双向H6桥变换器基于直流母线电压稳定控制的能量双向流动原理,并给出了网侧变换器双闭环控制参数的整定方法。最后,搭建了单相光伏储能逆变器的仿真模型和实验样机,仿真和实验验证了H6桥电路原理分析和控制方法的正确性。     

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。     

新型对称控制方式三相三电平直流变换器

半桥三电平变换器具有开关管电压应力低、易于实现软开关等优点,适用于高输入电压场合。但随着输出功率的提高,开关管的电流应力也随之增加。为降低开关管的电流应力,提出一种新型三相三电平直流变换器,与已有三相三电平变换器相比,该变换器开关管数量大幅减少。采用对称控制方式,所有开关管的电压应力均为输入电压的一半;采用三相电路结构,可降低开关管的电流应力,同时可有效提高输入输出电流脉动频率,进而减小滤波器。制作一台600 V输入、48 V/20 A输出的原理样机,实验结果验证了理论分析的有效性和正确性。     

三倍流整流ZVS PWM三相全桥直流变换器

为了解决大功率电源中开关管电流应力较高的问题,提出一种采用脉宽调制(pulse width modulation,PWM)控制的三倍流整流零电压开关(zero voltage switching,ZVS)三相全桥直流变换器。该变换器原边采用三相全桥型结构,副边采用三倍流整流电路,尤为适合于高压输入、低压大电流输出的大功率电源场合。由于采用了三相交错并联的结构,不仅开关管的电流应力可以降低,而且输入输出电流脉动频率提高至开关频率的3倍,进而可以大大减小滤波器的体积。基于PWM控制,所有开关管可以实现ZVS。桥臂下管实现ZVS的能量来自于滤波电感,非常容易实现ZVS;桥臂上管实现ZVS的能量来自于两相变压器的漏感,相比于移相全桥变换器滞后桥臂容易实现ZVS。该文试制一台360 V输入、48 V/42 A输出的原理样机,并给出实验结果。     

一种应用于电动汽车快速充电站的高频隔离双级功率变换器

提出了一种新型可应用于电动汽车直流快速充电站的高频隔离型(high-frequency-isolation,HFI)双级功率变换系统结构,该变换器结合了前端三电平Buck变换器与后端LLC谐振变换器的双重优点。三电平Buck变换器开关管承受的电压为直流母线电压的一半,适合应用在高压大功率的场合,后端采用LLC谐振变换器可以实现高频电气隔离,同时具有实现逆变桥开关管零电压开通(zero-voltageswitch,ZVS),二次侧整流桥二极管零电流关断(zero-currentswitch,ZCS)的优良特性。文章详细介绍了该新型系统结构的工作原理及特性,并介绍了该两级系统结合后的新特性,并提出了变换器的均流均压控制策略。最后,搭建了一套20 k W,输入电压760 V,输出电压200~500 V的实验装置。通过实验验证了系统结构的可靠性。     

半桥三电平直流变换器的中点平衡控制方法

带箝位二极管的半桥三电平直流变换器主要用于高压输入场合,其初级功率管电压应力仅为直流母线电压的一半,不仅可以实现初级开关管的零电压开关(ZVS)开通,且能抑制次级整流桥的尖峰电压,有效提高了变换器效率。但实际平台中存在的驱动电路和开关管差异性也会带来输入侧上下分压电容不均压的中点平衡问题,从而导致初级功率管以及次级整流桥二极管电压应力不同,存在安全隐患。针对该问题,提出了一种中点平衡的数字控制方法,在单载波、双沿触发模式下通过修正调制波来调节正负半周期的占空比,实现输入分压电容的均压控制。最后试制了一台18 kW的实验样机,实验结果验证了该中点平衡控制方法的有效性。     

三相H桥变频器直流支撑电容纹波电流研究

三相H桥变频器通常由1个不控整流桥和3个H桥组成,由于整流桥的非线性特征和H桥变换器的谐波影响,求解直流支撑电容的电流解析表达式比较困难。然而准确的电流解析表达式对电容设计却又至关重要,文章在对单相H桥进行分析的基础上,推导出了三相H桥变频器直流支撑电容电流谐波频谱及有效值的准确解析表达式,同时对支撑电容容值选择进行了探讨。通过仿真和实验证明提出的方法能有效地解决直流支撑电容的设计问题,在工程中取得了较好的实际效果。     

两种三相无源功率因数校正技术的比较研究

电力电子装置的广泛应用带来了大量的谐波,针对谐波对飞机交流供电系统的污染,以及飞机对航空电源的高可靠性要求,航空电源的三相交流输入端宜采用无源功率因数校正( PPFC)技术。三相PPFC 技术有两种: 在三相 ①整流桥交流输入端加无源器件电感和电容; 在三相整流桥输出端加电感和电容。本文对这两种三相PPFC 方法进行 ②了仿真分析,得到了两种方法各自具有的优、缺点,并对仿真结果进行了实验验证。为了减小直流变换器中功率开关管的电压应力问题,某型航空电源采用了在三相整流桥输出端加电感和电容的功率因数校正( )方法。 PFC     

无刷直流电动机驱动系统的新型逆变结构

提出了简化的无刷直流电动机驱动逆变结构。新方案中，使用的功率开关管和续流二极管的数目均比传统的桥式逆变结构减少一半，并具有无直通优点。分析了两相和三相的简化逆变电路，并给出了数字仿真和样机实验结果。     

一种单级无桥隔离型PFC变换器

传统AC/DC功率因数校正(power factor correction,PFC)变换器交流输入侧存在二极管整流桥,其导通损耗影响变换器效率的提升。针对这一问题,提出了一种单级无桥隔离型PFC变换器,其在正负输入电压下,均能得到正的直流输出,从而可以省去在PFC应用中的前端二极管整流桥。该变换器采用双向开关管和变压器次级绕组带中心抽头的全波整流结构,实现正负电压输入和电气隔离。详细分析了所提出的变换器工作在电感电流断续导电模式(discontinue conduction mode,DCM)下的工作模态及其特性。最后,仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。     

Three-phase converter models for unbalanced radial power-flow studies

This paper presents a power-converter model intended for balanced and unbalanced radial power-flow studies. A three-phase steady-state model of a power converter (AC/DC-DC/AC) composed of a diode rectifier, a lossless DC link, and a pulse-width-modulated inverter is presented. Both the three-phase rectifier and the three-phase inverter are modeled as three, equivalent, Y-connected single-phase rectifiers and single-phase inverters, respectively. The model is implemented within a three-phase power-flow solver with phase representation. Simulation results on a balanced and an unbalanced 15-bus system are presented.     

基于新型调制策略的三相-单相矩阵变换器研究

针对三相-单相矩阵变换器系统,提出了一种新型调制策略,即将虚拟整流级的空间矢量调制(Space Vector Pulse Width Modulation,简称SVPWM)和虚拟逆变级的正弦脉宽调制(Sine Pulse Width Modulation,简称SPWM)相结合进行控制,通过简单的调制合成即可实现输出电压正弦。研制了基于四步半软换流策略的1 kW三相-单相矩阵变换器实验样机,实验结果验证了所提控制策略的可行性和正确性。     

整流器功率平衡的多级串联高压变频器

现有实用的中高压变频器方案包括功率开关直接串联的两电平逆变器、单相逆变器的多级串联变频器、三相直接输出的三电平逆变器。该文提出一种整流器功率平衡的多级串联高压变频器,即一个整流器负担三个对称的单相交流电压输出,相位相同的单相逆变器通过变压器次级串联,构成一相高压交流输出。整个电路由网侧工频降压变压器、整流器与逆变器阵列、载侧高频升压变压器构成。串联级数为N的多级串联高压变频器包括N个整流器和3N个单相逆变器。该文分析这种变频器的拓扑构成和载波移相调制原理,并利用MATLAB/SIMULINK给予仿真分析,所得结果表明,所提出的多级串联高压变频器具有可行性和低成本。     

36-Pulse Hybrid Ripple Injection for High-Performance Aerospace Rectifiers

This paper presents a three-phase voltage-source 36-pulse converter that draws almost sinusoidal currents. The converter results from the combination of a series-connected 12-pulse voltage-source rectifier with a passive voltage-injection circuit and a bidirectional switch, referred to as hybrid injection. The voltage-injection circuit uses a single-phase rectifier bridge and a single-phase transformer. Both the voltage-injection circuit and the bidirectional switch operate at six times the supply frequency and have a low rating. In this paper, the converter operation is explained and analyzed. Subsequently, the converter is evaluated experimentally using a 4-kW 400-Hz prototype, where the $hbox{THD}_{I}$ of the line currents was measured to be below 1.2%.      

基于改进PR控制器的新能源并网检测平台设计

提出一种新能源并网检测平台,用于并网逆变器的性能检测。该平台采用背靠背式PWM变换器的电路拓扑结构,整流器采用基于LC滤波的三相整流器,逆变器采用三个H桥逆变器,分别发生三相电压。检测平台采用电压电流双环控制策略,能够模拟电网电压幅值跌落、三相不平衡、电压谐波及频率偏差等电能质量实际运行情况。为提高输出电压稳态精度,提出一种基波和谐波分开控制的改进的PR控制器,应用于逆变器的控制系统,通过极点配置的方式进行控制参数设计。实验验证了该方法的有效性和可行性。     

基于三相-单相变换的新型同相供电系统方案

针对当前电气化铁路供电系统中存在的负序、无功、谐波和电分相等问题,顺应铁路高速化、重载化的潮流,提出一种基于三相-单相变换的新型同相供电系统方案。该同相供电方式的整流侧采用不控整流电路,逆变侧采用H桥级联多电平单相SPWM变流器。由电压有效值和瞬时值双闭环控制,抑制不控整流电路的直流电压波动对逆变侧交流电压的不良影响,为机车负载提供稳定的电压支撑。分析了该新型同相供电系统的工作原理及其在不同工况下的供电性能,并在Matlab/Simulink平台上建立了系统模型。仿真结果验证了该方案的正确性与可行性。     

Mitigation of harmonics in three-phase ac system using current injection technique for ac-to-dc converter

This paper presents a new approach to eliminate harmonics and to improve power factor of a three phase front-end uncontrolled rectifier. A high-power-factor is achieved by injecting high-frequency triangular current from the output of three-phase inverter. The high frequency (HF) current modulates the rectifier input voltage resulting in conduction of diodes into each switching cycle. The resulting ac input line current is continuous and sinusoidal in shape with significant reduction in current harmonics. All the switches are operated at zero-voltage switching (ZVS). The diodes of the rectifier are also operated with soft switching at turn-on as well as at turn-off. Varying switching frequency with fixed duty ratio regulates the output voltage. The proposed ac-to-dc converter also maintains high-power-factor even for unbalanced input supply voltages. The analysis of the converter is carried out on a single-phase basis, using different operating modes in one switching cycle of injected current. Theoretical results based on analysis are verified initially through digital simulation, and confirmed by using an experimental prototype of 2.5 kW.     

基于YNVD平衡变压器的电气化铁路电能质量管理系统

提出了一种基于YNVD平衡变压器的电气化铁路电能质量管理系统。该系统利用YNVD平衡变压器二次三角连接侧可引出三相抽头,连同二次V形连接侧安装的耦合变压器一起为单-三相背靠背变流器提供电气接口。相比于传统用于电气化铁路的背靠背变流器,该系统中使用的三相变流器比传统的单相变流器复杂,但该系统只需要1台耦合变流器,在一定程度上弥补了其不足之处。同时,三相变流器可以在c相桥臂开关发生故障时转变成单相变流器使用以保证系统补偿能力,而且可以在单相变流器故障情况下单独运行以保证系统补偿能力,所以该系统可靠性较高。根据理论分析搭建了MATLAB仿真模型及小容量原理样机,仿真和实验结果均验证了所提系统的有效性。     

VSI-PWM rectifier/inverter system with a reduced switch count

A current-controlled VSI-PWM rectifier and inverter with capacitor DC link is regarded as one of the most important structures for three-phase to three-phase power conversion. This type of power converter normally requires twelve switches for the rectifier and an inverter composed of self turnoff switch such as a bipolar transistor or an IGBT with an anti-parallel diode. In this paper, a new three-phase to three-phase AC/AC power converter for AC motor drives is proposed. The proposed power converter employs only eight switches and has the capability of delivering sinusoidal input currents with unity power factor and bidirectional power flow. This paper describes the feasibility and the operational limitations of the proposed structure. A mathematical model of the system is derived using the generalized modulation theory and experimental results for steady-state and dynamic behavior are presented to verify the developed model     

Harmonics reduction of three-phase boost rectifier by modulating duty ratio

Line currents of three-phase diode bridge rectifier suffer from high THD. This THD is higher than IEEE standards. Injection of six harmonic components from the DC bus back to the duty ratio of the boost converter connected to the three-phase diode bridge rectifier reduces the THD of the utility line current. In this study a sine wave and a triangle wave with six times the fundamental frequency is presented. The analysis has been carried out to reduce THD of the utility line current of three-phase boost rectifier. The THD of the utility line currents depends on the amplitude and phase-shift of the six-order component injected to the duty ratio of the boost converter. A complete mathematical and simulation analysis of the injection technique has been carried out. The mathematical analysis and simulation results of 6 kW prototype system show the superiority of the proposed injection technique.