三电平双有源桥变换器的新型控制策略研究

针对三电平双有源桥(TL DAB)变换器在电压不匹配及轻载条件下电流应力大、失去软开关特性、效率低的问题,提出一种基于四电平调制的新型控制策略.该控制策略包含两个控制自由度,分别为三电平桥内移相角和桥间移相角,引入桥内移相角后,三电平桥输出具有一定占空比的四电平电压.通过优化两个控制自由度,使TLDAB变换器在宽电压及全功率范围内具有更小的电流应力和更优的软开关特性,从而提升变换器在电压不匹配及轻载条件下的传输效率.最后,在小功率样机上验证了所提出控制策略的有效性.     

一种新颖的ZVZCS-PWM三电平变换器研究

由于三电平变换器的主开关管电压应力为输入电压的50%,因而该变换器在高电压输入场合获得了广泛的应用.三电平变换器采用移相控制可实现超前桥臂的零电压开通,但与通常的移相桥式变换器一样,其滞后桥臂较难实现软开关.针对这一问题,提出了一种利用变压器次级辅助电路实现滞后桥臂零电流关断的零电压零电流开关脉宽调制(Zero-Voltage and Zero-Current-Switching Pulse Width Modulation,简称ZVZCS-PWM)半桥式三电平变换器,该变换器在宽负载范围内实现了滞后桥臂的零电流软开关(Zero-Current-Switching,简称ZCS-PWM),解决了难以实现滞后管软开关的难题.详细分析了该变换器工作原理及超前桥臂和滞后桥臂软开关的工作条件,在此基础上设计并制作了一台实验样机,得出令人满意的实验结果.     

风力发电系统中两电平与三电平变换器研究

介绍了变速恒频风力发电系统结构以及变换器在变速恒频风力发电系统机侧和网侧的控制模型.分析比较了二极管箝位型三电平拓扑与传统两电平拓扑变换器的损耗,包括功率开关器件导通损耗、开关损耗以及滤波电感的损耗.分析比较了两种变换器输出仿真波形.对两种变换器分别用于变速恒频风力发电系统中机侧和网侧的仿真波形进行分析比较.仿真结果表明,在变速恒频风力发电系统中,相对于传统的两电平变换器,三电平变换器有效降低了损耗,减小了纹波电流,输出电平增多,减小了电压变化,使波形质量得到了很好的改善,适用于变速恒频双馈风力发电系统.     

一种适用于高压大功率变换器的三电平直流变换器

(半桥)三电平变换器的优点是其开关管的电压应力为输入电压的一半，该文从另一个角度提出它的推导思路，从中提取出两种三电平开关单元。将(半桥)三电平变换器的推导思路推广到所有的直流变换器，提出了三电平变换器族系，该类变换器除了开关管电压应力为其原型变换器的一半以外，部分变换器还可以大大减小滤波器，提高变换器的动态响应。三电平变换器可以广泛应用于高输入电压/输出电压、中大功率的直流变换场合。     

基于零矢量嵌入的双向隔离型AC-DC矩阵变换器分段同步控制策略

针对双向隔离型AC-DC矩阵变换器,提出一种基于零矢量嵌入的分段同步控制策略.其中,前级3-1矩阵式变换电路采用对称双线电压调制法,以提高电压传输比;后级全桥电路采用互补控制,简单易实现;前后级电路之间分段同步,并通过在前级电路中嵌入零矢量以实现能量的双向传输.仿真和实验结果表明,网侧电流三相平衡正弦,功率因数接近于1,输出电压和电流平稳,纹波小,且电感电流峰峰值随直流侧电压增加呈先减小后增大的趋势,当nU o=3 U i时,电感电流峰峰值最小,即电流应力最小.由此可见,采用该文提出的控制策略可实现双向隔离型AC-DC变换器能量的双向流动,保证了良好的输入输出性能.通过与传统控制策略的仿真与实验对比,采用所提出控制策略的双向隔离型AC-DC矩阵变换器在较低输出电压范围内具有更小的电感电流应力,有助于降低器件损耗,提高变换器效率,并提升系统可靠性.     

复合式全桥三电平LLC谐振变换器

该文提出了一种适合于燃料电池供电系统新颖的复合式全桥三电平LLC谐振变换器。它是在复合式全桥三电平变换器的基础上加入了LLC谐振网路以实现开关管ZVS和整流二极管ZCS。该变换器集合了复合式全桥三电平变换器和LLC谐振变换器的优点：适合于在宽输入电压范围的应用场合；三点平桥臂的开关管电压应力只有输入电压的一半；整流二极管实现ZCS，其电压应力仅为输出电压；可以在全负载范围内实现ZVS。该文通过一个200－400V输入，360V/4A输出的原理样机验证了它的工作原理，并给出实验结果。     

一种新型的ZVZCS三电平变换器

提出一种零电压零电流软开关(ZVZCS)三电平直流变换器。该变换器以耦合电感取代常规滤波电感,耦合电感所感应出的电压通过功率变压器反射回初级,使变换器在零状态时的循环电流减小直至零,以实现内管的零电流关断。同时,通过改变耦合线圈的匝比,可任意设置用于电流回零的电压幅值大小,以调节电流回零时间。分析了该变换器的工作原理,并通过仿真和实验样机得以验证。     

矩阵式隔离型双向AC-DC变换器控制策略

针对矩阵式隔离型双向AC-DC变换器,提出一种控制策略,即前级矩阵变换电路和后级全桥电路的调制策略以及矩阵变换器双向开关的换流方法。其中,前级矩阵变换电路的调制基于双线电压调制思路,对扇区进行重新划分,调整和优化开关状态选择,以满足简化换流需求,后级全桥电路根据前级矩阵变换电路的调制策略,配合前级调节脉冲宽度进行协调控制,双向开关换流采用基于交流电压相对大小的两步换流方法。仿真和实验结果表明,在整流和逆变模式下,矩阵式隔离型双向AC-DC变换器均能保证网侧电流正弦,功率因数接近于1,输出电压电流可以保持恒定。由此证明,提出的控制策略,可实现变换器能量双向变换,且输入输出性能优良。     

零电压零电流开关PWM复合式全桥三电平变换器

该文提出一种零电压零电流开关PWM复合式全桥三电平变换器，该变换器的一个桥臂为三电平桥臂，其开关管的电压应力为输入电压的一半，可在很宽的负载范围内实现零电压开关，可以选用场效应管(MOSFET)；另一个桥臂为两电平桥臂，其开关管电压应力为输入电压，可在很宽的负载范围内实现零电流开关，可以选用IGBT。该变换器的输出整流电压交流分量很小，可以减小输出滤波器，改善变换器的动态特性。其输入电流脉动很小，可以减小输入滤波器。该文详细分析该变换器的工作原理，讨论参数设计，并且给出实验结果。     

半桥式三电平AC-AC直接变换器

文章提出了基于Buck变换器的半桥式三电平AC-AC直接变换器,有效解决了两电平AC-AC变换器在大容量变换领域中存在的开关管电压应力高、谐波干扰严重等问题,能够将不稳定的交流电转换成同频率质量较高的正弦交流电,电路结构简单,具有高频电气隔离、双向功率流的特点。文章研究了该变换器的电路结构、高频开关工作过程、稳态原理,并采用基于电压瞬时值反馈控制原理,给出了驱动信号原理框图,通过仿真试验,充分验证了半桥式三电平直接变换器理论的正确性和先进性。     

零电压零电流开关复合式PWM全桥三电平变换器

本文提出一种零电压零电流开关PWM复合式全桥三电平变换器，该变换器的一个桥臂为三电平桥臂，其开关管的电压应力为输入电压的一半，可在很宽的负载范围内实现零电压开关，可以选用MOSFET；另一个桥臂为两电平桥臂，其开关管电压应力为输入电压，可在很宽的负载范围内实现零电流开关，可以选用IGBT。该变换器的输出整流电压交流分量很小，可以减小输出滤波器，改善变换器的动态特性。其输入电流脉动很小，可以减小输入滤波器。本文详细分析该变换器的工作原理，讨论参数设计，并且给出实验结果。本文还提出了其他几种零电压零电流开关PWM复合式全桥三电平变换器。     

耦合电感三电平DC-DC变换器

为了降低光伏发电等大功率应用场合中直流电源的输入电压,提出了一类耦合电感三电平DC-DC变换器.该类变换器运用耦合电感模块替代传统电感,提高了电压增益;在结构上进行三电平变换,且在耦合电感两侧并入钳位二极管,减小了开关管的电压应力.以耦合电感三电平Sepic电路为例进行了研究,在Sa-ber中搭建了仿真模型,并制作了一台100 W的样机.实验结果表明:该变换器具有更高电压增益、低电压应力的特点.     

Boost型三电平AC/AC变换器

针对高输出交流电压的升压场合,研究Boost型三电平AC/AC变换器。相比于Boost型两电平AC/AC变换器,该变换器通过增加开关管数量和引进飞跨电容,构造了中间电平,可使开关管的电压应力降低一半,滤波器重量体积大大减小。其拓扑可以看成是两个输出电压极性相反的Boost型三电平DC/DC变换器组合而成,该变换器输入输出电压同相位,其飞跨电容电压等于输出电压的一半。详细分析其电路工作原理,给出一种新颖的控制策略,可对输出电压和飞跨电容电压同时进行控制;研制一台原理样机,给出了实验波形与测量结果。实验结果证实了理论分析的正确性和控制策略的可行性。     

零电压开关PWM全桥三电平变换器

该文针对全桥三电平变换器提出了一种新的控制一一斩波加移相控制，引入了飞跨电容和钳位二极管，使全桥三电平变换器可以工作在三电平模式和两电平模式，同时实现所有开关管的零电压开关，从而使变换器适应宽范围输入电压的要求，并保持较高的变换效率。由于开关管的电压应力只有输入电压的一半，使该变换器非常适合高压输入的场合。此外，全桥三电平变换器输出滤波电感比传统全桥变换器大大减小，副边整流一极管的电压应力得到了降低。由于变换器的输入电流纹波很小，输入滤波器也得到了减小。该文详细分析全桥三电平变换器在该控制策略下的工作原理，讨论参数设计，并且给出实验结果。     

基于T型三电平变换器的优化损耗分布控制策略

T型三电平变换器在常规调制策略下,存在着严重的内管外管损耗不均的问题。当变换器的调制比低于0.57时,T型三电平变换器的内管温升明显高于外管温升,这个问题在低电压穿越(low voltage ride through, LVRT)运行时更为严峻,将威胁变换器的长期可靠运行。为此,提出了一种基于损耗优化分布的不连续脉宽调制策略,在空间矢量图的对应区域采用新的开关序列,每相采用钳位到直流侧正极或直流侧负极的钳位方式,进而实现外管内管电流的重新分配。新调制策略采用五段式发波,不仅有效改善了内外管损耗的分布,还能提高变换器整体效率;通过冗余小矢量互补的序列,维持中点电压的平衡;新调制策略具有统一的载波调制实现方式。最后,通过电气-热联合仿真,验证了所提损耗优化分布调制策略的有效性。     

三电平变换器中点电压平衡问题的研究

为了全面分析中点电位平衡问题，建立了一个三电平变换器的数学模型，分析了三电平变换器中点电位不平衡的原因，详细地讨论了空间矢量控制方法中不同矢量对中点电位的影响。最后，实验研究了一种基于检测直流侧中点电流的方向和直流侧电容电压的大小，来平衡中点电位的滞环控制方法。实验结果验证了该滞环控制方法平衡中点电位的有效性。     

谷值电流控制三电平Buck变换器

三电平Buck变换器能使开关管的电压应力减小为输入电压的一半,使电感电流脉动频率为开关频率的两倍,减小滤波器的尺寸.为了实现以上的优点,使变换器具有较高的功率密度,必须保持飞跨电容的电压为输入电压的一半.为此,采用谷值电流控制的方法,通过平衡电感电流来调节飞跨电容上的电压,实现飞跨电容电压稳定.建立三电平Buck变换器谷值电流控制的小信号模型,以获得小信号传递函数模型,进而对其补偿网络进行了设计.仿真验证了理论的正确性和控制策略的可行性.     

应用于微网储能系统的三电平CLLLC变换器优化设计研究

针对微网储能系统中能量在直流母线与储能电池间双向传输的应用场景,研究了一种三电平CLLLC变换器。首先分析了三电平CLLLC变换器在正反向运行时的工作原理,然后通过建立基波等效模型分析了变换器正反向运行的电压增益特性,并研究了各参数对电压增益的影响。在此基础上,提出变换器的优化设计流程,其可以满足变换器双向运行的增益要求。最后搭建了一台实验样机,通过实验验证了所提出的优化设计的有效性,在同步整流策略下样机效率最高为96.2%。     

基于SVPWM三电平变换器的变速恒频风力发电系统

分析了基于空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)的三电平变换器,提出将其引入变速恒频双馈风力发电系统。整体分析了基于三电平的变速恒频双馈风力发电系统模型,并分别详细分析了基于三电平SVPWM网侧变换器的数学模型和控制结构,机侧空载并网的数学建模和控制结构。仿真结果表明,该三电平变换器有效降低了开关损耗;减小了纹波电流;输出电平增多,减小了电压变化;波形质量得到了很好的改善。仿真结果还表明,该三电平变换器能有效地实现风力发电系统的变速恒频控制,适用于变速恒频双馈风力发电系统。     

零电压开关多谐振三电平直流变换器

该文提出一族零电压开关多谐振三电平直流变换器(Zero-voltage-switching multi-resonant three-leve lconverters，ZVS-MR-TLCs)，它是在三电平变换器的基础上加入LCC谐振网络实现ZVS，开关管和二极管的结电容以及变压器的漏感被利用。该文以Buck ZVS-MR-TLC为例分析它的工作原理和特性，并与传统的两电平零电压开关多谐振变换器(ZVS-MRC)进行比较。与两电平ZVS-MRC相比，ZVS-MR-TLC功率器件的电压应力降低，实现ZVS的负载范围变宽，滤波电感和滤波电容大大减小。最后给出了实验结果。