基于重注入式电流变换技术的换流器特性分析

由于传统换流器产生较多的谐波,消耗大量无功功率,以及功率器件开关损耗较大,为实现大功率换流器的软开关技术、谐波含量降低和单位功率因数运行,提出一种基于直流纹波注入技术的重注入式电流变换技术,它同时具有多电平、软开关和谐波消除的优点。它在传统12脉波换流器的基础上增加了电流重注入回路,构成多电平电流重注入电流型换流器(multilevel current reinjection current source convertor,MLCR-CSC)。文中首先介绍了MLCR-CSC拓扑结构,构建了零电流关断(zero current switching,ZCS)、理想注入波形产生和降低谐波的数学模型。接着,在Matlab/Simulink环境下进行仿真,结果表明该拓扑结构在基波周期内有6个电流过零点,实现了ZCS;总谐波畸变率(total harmonic distortion,THD)低于4%;实现单位功率因数运行;不同电平数重注入电流的结构零电流脉宽可以调节。文章最后搭建了1 MW换流器实验平台,验证了理论分析的可行性。     

一种双辅助谐振极型三相软开关逆变器的研究

针对辅助谐振变换极型逆变器在实际应用中辅助开关管难以实现零电压关断(zero voltage switch,ZVS)这一问题,在一种改进型谐振极逆变器回路拓扑的基础上提出一种双辅助谐振极型软开关逆变器回路拓扑及调制策略。它不仅具有以前讨论过的辅助谐振极逆变器的所有优点,而且可有效避免因回路配线形态所带来的回路寄生电感和寄生电容对辅助开关管的ZVS关断所造成的影响,确保辅助开关管可靠的实现ZVS关断。在所提调制策略下,根据不同工作模式下的等效电路图,分析该逆变器的工作原理、软开关实现条件及参数设计方法。最后使用绝缘栅双极型晶体管作为开关器件制作一台10 kW、16 kHz 样机,通过实验验证该逆变器的有效性。     

无桥PFC新型控制算法

针对无桥功率因数校正(PFC)电路在传统控制算法下,由于升压电感位于电网交流侧而存在输入电流过零点畸变问题,提出了一种新的高功率因数控制策略。在新控制策略下,避免了无桥PFC电路在输入电压过零点处输入电流畸变,同时使输入端达到很高的功率因数。论文详细分析了传统控制算法下无桥PFC输入电流过零点畸变的原因,推导了输入电流畸变的时间范围,讨论了影响输入电流THD的相关因素,然后比较了两种控制策略下电源的PF值和输入电流THD,最后通过仿真和实验验证了新型控制策略在抑制电流谐波畸变率方面的正确性和优越性。     

DCM变频控制的反激单相光伏并网微型逆变器

工作在电感电流断续模式下的反激单相光伏(Photovoltaic,PV)并网微型逆变器,由于开关频率恒定,所以在正弦波过零点附近或瞬时输出功率较低时,存在较大的开关损耗问题。为此,提出了一种新的变频控制策略。使得开关频率跟随瞬时输出功率变化而变化,在低瞬时输出功率时,自主降低开关频率,从而能有效减小开关损耗。利用恒定原边电流峰值单元和开关频率控制单元来实现所提出的变频控制策略,最后通过PSIM仿真验证了采用DCM变频控制的反激单相光伏并网微型逆变器的性能;仿真结果表明所提控制策略能有效降低正弦波过零点附近瞬时输出功率较低时的开关频率,从而降低逆变器的开关损耗,提高整体效率,同时还能保证输出的并网电流有较小的THD。     

DCM模式逆变器的定环宽电压滞环控制

针对单相半桥逆变器,文中提出了一种定环宽的电压滞环零电流开通控制方式。传统的逆变器工作于连续导通模式(Continuous Conduction Mode,CCM),使得开关损耗大降,低了逆变器的工作效率,而硬件上增加谐振电路实现软开关的方式,虽能减小开关管的损耗,却依旧无法提高逆变器的整体使用效率,为此,文中提出了一种定环宽的电压滞环控制方式,该方式通过使逆变器工作于不连续导通模式(Discontinuous Conduction Mode,DCM),不仅可以大幅减小滤波电感的体积,更能减小开关管的开通损耗提高逆变器的工作效率。文章还研究了定环宽下滞环宽度对谐波畸变率的影响,基于仿真结果进行线性分析,得出其量化函数关系。     

光伏逆变器电流畸变的自适应抑制设计研究

借助新型的开关支路低频调制的方式可以有效降低光伏逆变器的开关损耗，但会导致输出电流总谐波失真度(THD)的增大，从而恶化逆变器的输出性能。为此，提出了一种光伏逆变器的自适应电流畸变抑制调制策略，仅在过零点时使用传统高频脉宽调制(PWM)，而在其他区段自适应切换至降损开关支路低频PWM调制，从而在降低光伏逆变器开关损耗的同时实现低THD的输出效果。以T型逆变拓扑为例，介绍了两种PWM调制策略的工作原理，对提出的光伏逆变器的自适应电流畸变抑制调制策略进行了分析，通过仿真和样机实验对所提出的自适应电流畸变抑制调制策略进行验证。实验结果表明所提出的方案可以获得低开关损耗，同时有效抑制光伏逆变器的输出电流畸变。     

结构简单的谐振极型零电流软开关逆变器

针对谐振极型零电流软开关逆变器的拓扑电路的辅助开关较多所导致的逆变器体积大、成本高、效率低以及控制策略复杂等问题,提出一种结构简单的谐振极型零电流软开关逆变器拓扑电路,逆变器的每一相仅使用了1个辅助开关、1个谐振电感、1个谐振电容和2个辅助二极管来完成电路谐振。因此,该拓扑电路可以减小逆变器体积,降低成本,简化控制策略和提高效率。分析了逆变器在不同模式下的工作原理,给出了软开关实现条件和实际参数设计过程,建立了辅助电路功率损耗的数学模型。制作了一台2 k W的单相实验样机和一台6 k W的三相实验样机,实验结果表明该逆变器的主开关和辅助开关器件都可以实现零电流软开关。该软开关逆变器可以降低损耗和提高效率。     

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。文中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,提出一种具有最小电感复位电流的控制方法。首先,分析开关管ZVS的实现条件,建立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,建立逆变器损耗分析模型,将文中方法与传统恒定电流复位方法进行损耗计算与对比。最后,搭建一台1 kW的单相3L-NPC逆变器样机进行实验,结果表明文中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个百分点。     

三相双Buck逆变器过零畸变问题与解决方法

双Buck拓扑克服了传统桥式拓扑上下桥臂的直通问题,将其应用于三相并网逆变器,能够避免驱动信号死区引入的低次谐波,从而降低进网电流谐波含量,且外接快恢复二极管续流,减小了反向恢复损耗。然而,为消除电感的偏置电流以及提高逆变器效率,双Buck逆变器需采用半周期控制策略,导致了进网电流的过零畸变。针对带LCL滤波器的三相双Buck逆变器,分析半周期控制所导致过零畸变的原因,提出带纹波电流负反馈的半周期空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)控制方法,通过在过零点处改变空间电压矢量的基准,有效地消除了进网电流过零畸变,并讨论新型控制算法对系统稳定性的影响,通过仿真和实验验证理论分析。     

混合并联型逆变器的控制策略研究

混合型逆变器由2个不同容量不同开关频率的逆变模块并联组成。以混合型逆变器供电的交流传动系统为对象,以降低电机电流的谐波畸变为目标,研究了系统的控制策略。在建立系统数学模型的基础上,基于异步电机的矢量控制理论及空间电压矢量脉宽调制原理,得到了同步坐标系下主从式矢量控制策略。最后通过建立一套混合型逆变器并联带电机的控制系统模型进行性能验证,仿真结果表明:电机定子侧电流THD5%,和单个逆变模块相比,大大降低了电机电流的谐波畸变。     

一种适用于微电网状态无缝切换的混合控制策略

针对传统微电源逆变器控制算法需要在微电网并网和孤岛运行时切换的弊端,提出一种适用于微电网无缝切换的混合控制策略。该混合控制策略算法可以同时支持并网和孤岛运行状态,消除了在微电网状态切换时由于软件进行切换所带来的冲击。该算法在并网阶段微电源逆变器具有有源滤波器功能,消除非线性负载对电网带来的谐波电流;其电压环采用比例谐振控制器有效消除孤岛时微电源逆变器输出的电压静差。仿真结果验证了控制策略的正确性。     

并网逆变器死区效应消去补偿方法研究

针对并网逆变器死区效应问题,在充分分析并网逆变器工作特点及零电流箝位现象的基础上,提出了一种新颖的逆变器死区效应消去补偿方法。该方法在非过零区域依据并网电流的方向选择有效开关管,屏蔽无效开关,在过零区域根据并网电流的大小进行前馈补偿。与传统死区消去和补偿方法相比,该方法充分考虑了零电流箝位现象,能够更好地抑制电流过零处逆变器输出电压波形畸变,有效消除了死区效应的影响,降低输出电压谐波含量,从而改善并网电流质量。利用Matlab/Simulink仿真软件进行了仿真验证,仿真结果证明了逆变器死区效应消去补偿方法的有效性和正确性。     

基于H4结构逆变器在不同调制方式下的性能比较

针对传统双极性调制和单极性调制方式在效率、总谐波失真THD(total harmonic distortion)以及电磁干扰等方面的问题,提出上慢下快调制方式和半周期工频半周期高频调制方式2种新控制策略。上慢下快调制方式在较高电压和电流上升率的工况下,对于驱动电路以及主电路中的杂散电感、电容的电磁干扰影响,能够有效抑制。半周期工频半周期高频调制方式在调制波(正弦波)过零点处无SPWM突变,有效改善输出电压过零点振荡的问题。在Matlab/Simulink仿真平台验证了4种调制方式的可行性。最后通过实验研究,结合效率、THD这2个参数进行对比分析,比较4种调制方式的性能,通过实验数据得出所提控制策略较传统调制方式在效率、总谐波含量以及电磁干扰等方面均有改善,证明了所提控制策略的可行性与有效性。     

微逆变器过零点电流畸变抑制的混合控制策略

微型光伏并网逆变器输出电流过零点畸变会导致电网注入电流谐波增加,严重时还会干扰电网正常运行。为解决该问题,通过对反激式微逆变器峰值电流控制策略的分析,讨论了功率器件关断延迟时间对系统功率平衡的影响,指出功率器件关断延迟时间是造成过零点畸变的主要原因,据此提出了一种新的混合峰值电流控制策略。详细分析了其工作原理,给出了控制实现方法,并构建了100 W样机进行实验。实验结果表明所提出的混合控制策略能有效抑制输出电流过零点畸变。     

软开关技术在磁悬浮轴承功率放大器中的应用

传统的磁悬浮轴承功率放大器在硬开关工作状态时存在开关损耗和纹波干扰严重等问题,为有效克服这些缺点,采用了一种新的用于磁悬浮轴承的谐振直流环节三电平功率放大器电路。基于三电平控制方法,在传统的开关功率放大器的直流环节增加辅助谐振电路,实现了电路中所有的开关器件均在零电压开关(ZVS)或零电流开关(ZCS)的条件下工作。文中详细分析了软开关三电平功率放大器各个工作模态的工作原理,给出了相应的电路工作方程。对提出的软开关三电平功率放大器进行仿真与样机试验研究,结果表明软开关三电平功率放大器同样具有输出电流纹波小的优点,开关损耗和纹波电流干扰有效减小,验证了电路是可行、有效的。     

磁悬浮轴承并联谐振直流环节开关功率放大器

为克服磁悬浮轴承开关功率放大器工作在硬开关状态时存在的开关损耗和电流纹波干扰严重的缺点,提出一种磁悬浮轴承并联谐振直流环节的软开关功率放大器电路。该电路在功率放大器三电平控制策略的基础上应用了并联谐振直流环节,保持了三电平功率放大器输出电流纹波小的优点,同时功率器件均工作在零电压或零电流条件下,开关损耗、电流纹波干扰有效地减小。详细分析并联谐振直流环节的软开关功率放大器电路工作过程,并进行仿真和样机实验。实验结果证明所提出电路是可行有效的。     

一种集成车载充电器的优化直接功率控制

以九开关变换器和非对称六相电机集成车载充电器拓扑结构为研究对象，研究了一种在充电模式下优化的预测直接功率控制策略。该控制策略运用滑模控制方法追踪参考直流电压并给定参考有功功率，采用拉格朗日插值法预测模型功率，计算下一采样周期的有功功率和无功功率，结合矢量脉宽调制（SVPWM）技术实现功率开关控制。在MATLAB/Simulink环境中搭建系统模型，仿真结果表明，该方法能够实现单位功率因数下的稳定运行，能够有效降低交流侧电流总谐波失真（THD），改善系统的动态和稳态性能。     

Performance analysis of three-phase inverters controlled bysynchronous delta-modulation systems

Synchronous delta-modulation systems are used to control resonant voltage link inverters, where switching has to be synchronized with the zero crossings of the link voltage. This paper shows that output current harmonic distortion and average switching frequency of such systems can be calculated analytically in spite of the quasistochastic behavior of the modulators output. Under the assumption of constant link frequency and large ratio of link to output frequency, results are derived for three-phase sigma-delta modulation, space-vector based sigma-delta modulation, and current-regulated delta modulation. The results hold for any shape of the inverter input voltage (including DC). The output current harmonic distortion of resonant link inverters is compared with conventional hard switching PWM inverters     

单相特定谐波消除脉宽调制高频逆变器的死区补偿策略

由于死区时间的设置,开关管不能以理想时刻开断,导致逆变器输出波形发生畸变。为改善波形,需要进行死区补偿。以提前关断方式为例,深入分析高频逆变器在消除特定谐波脉冲宽度调制控制时,死区对特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)波的影响,给出了基波幅值和总谐波畸变率随死区时间的变化曲线。提出在正半周期内只对开关管S2和S3的触发脉冲设置死区,在负半周内只对S1和S4的触发脉冲设置死区的死区补偿策略,详细分析死区补偿阶段开关管及相应续流二极管的电流的工作状态。以功率MOSFET为例分析开关管的开通关断过程,并给出了死区时间设置的经验公式。最后,搭建仿真模型和硬件平台对所提死区补偿策略进行仿真和实验,结果表明该死区补偿策略有效缓解了由于死区所造成的波形畸变。