MMC器件损耗分布与电容电压纹波综合优化方法

逆变工况下,半桥子模块下部绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)(简称T_(2)管)损耗占比较大,减小其损耗有利于提升设备运行可靠性。同时,抑制电容电压纹波有利于减小电容需求及提高功率密度。然而,现有优化控制策略未关注损耗分布优化及电容电压纹波间的矛盾,难以兼顾设备运行可靠性及功率密度。为此,文中提出兼顾减小T_(2)管损耗及抑制电容电压纹波的综合优化方法。首先,通过分析电荷量对器件损耗及电容电压纹波的影响路径,阐述减小T_(2)管的通态损耗与抑制电容电压纹波间的内在矛盾。接着,通过引入罚函数,建立计及T_(2)管损耗及电容电压纹波的综合目标函数。然后,以主动旁路策略为例,通过分析二倍频环流与三次谐波电压注入对T_(2)管损耗和电容电压纹波的影响规律,提出基于二倍频环流及三次谐波电压注入的综合优化方法。最后,在MATLAB/Simulink及PLECS中搭建仿真模型进行验证。仿真结果表明:该综合优化方法兼顾了T_(2)管损耗与电容电压纹波优化,一定程度上增加了设备可靠性与设备的功率密度。

基于无源电压纹波注入的24脉航空交直流变换器

针对航空线性交流直流变换拓扑输入侧电流谐波含量高的问题,本文提出一种基于无源电压纹波注入单元的多脉波航空变压整流器,它由12脉变压器、2组整流桥、1个平衡电抗器和无源电压纹波注入单元组成。结合平衡电抗器和无源电压纹波注入单元,该拓扑利用12脉变压器和2组整流桥实现了24脉波直流输出。本文详细描述了基于纹波电压极性,通过等比例交替调整2组整流桥输出电压矢量幅值,形成新的输出电压矢量,达到脉波倍增的过程;推导了相关表达式。本文对提出的变压整流器的工作模式、等效容量、源侧谐波含量等展开了详细分析;研制了样机,并通过实验研究验证了拓扑的可行性和正确性。

基于构造载波的SM变换器低频电压纹波抑制

由于零序电压注入法对中性点电流的调节能力不足,5电平层叠式多单元(SM)变换器在低功率因数运行时,将会面临严重的低频电压纹波问题。因此提出一种基于构造载波的SM变换器低频电压纹波抑制策略,该策略可以保证悬浮电容电压的自然平衡来最小化电压纹波,并且减少了一半的最大中性点电流。因此,变换器中性点电压的不平衡被进一步缓解,配合零序电压注入法几乎可以完全抑制低频电压纹波。实验结果表明,所提调制策略和电压控制方法可以实现所有电容电压的独立解耦控制,相较于传统调制策略,低频电压纹波减少88%,SM变换器的静态、动态性能均得到很好提升。

脉冲序列控制DCM Buck变换器输出电压纹波研究

针对脉冲序列控制开关DC-DC变换器的非线性控制特性导致输出电压纹波较大,研究脉冲序列控制方法,并对工作于电感电流断续模式的脉冲序列控制Buck变换器进行分析。该方法通过调整两组预先设定的控制脉冲的组合,实现开关变换器输出电压的调整,针对其控制特性研究存在滤波电容等效串联电阻时变换器在不同工作状态下的脉冲序列组合方式,最后基于现有的纹波分析方法分析其实际情况下输出电压纹波特性,为脉冲序列控制的实际应用提供参考。仿真实验结果表明脉冲组合及纹波分析的结论与实际相吻合。

模块化多电平变流器模块电压纹波抑制策略及应用

降低子模块电容电压波动可以减少模块化多电平变流器系统成本、延长运行寿命。首先利用数值计算方法分析传统环流抑制策略对纹波抑制的原因,再通过模块瞬时功率波动表征子模块波动状态,以功率波动最低的目标计算出特定的环流量控制最优解来抑制模块电容波动。再根据计算出的电流瞬时值表达式,分析不同调制比及功率因数角对抑制纹波效果的影响。最后通过Matlab仿真系统及RT-Lab半实物样机平台在载波移相及最近电平逼近两种调制方式下对纹波抑制策略进行验证,分析了功率因数对抑制效果的影响,比较了传统环流抑制及瞬时电流注入对电容纹波的效果,验证其在特定工况下对两种调制方法的适用性。

二次型Boost变换器工作模式及输出电压纹波分析

根据二次型Boost变换器输入电感和储能电感的工作模式,划分了二次型Boost变换器的工作模式区域,并分析了不同能量传输模式时输出电压的纹波特性。根据储能电感电流谷值与输出电流的关系,分析了二次型Boost变换器在开关管关断期间的能量传输模式:完全电感供能模式(CISM)和不完全电感供能模式(IISM),得出了CISM与IISM的临界电感值和临界工作条件。当储能电感工作于连续导电模式(CCM)时,二次型Boost变换器既可以工作于CISM,也可以工作于IISM;当储能电感工作于不连续导电模式(DCM)时,二次型Boost变换器只能工作于IISM。对于给定输入电感、负载、电容和开关频率的二次型Boost变换器,当储能电感工作于CCM-CISM模式时,输出电压纹波最小,输出电压纹波仅由开关管导通期间输出电容电压的下降幅度决定,与储能电感无关;而当储能电感工作于DCM-IISM模式时,输出电压纹波最大,输出电压纹波随着储能电感的减小而增大。最后,通过试验装置验证了理论分析的正确性。

SVPWM控制时双向Z源逆变器电容电压纹波分析

Z源逆变器在SPWM简单控制时的电容电压纹波在整个负载周期内是恒定的,而在SVPWM控制下,电压纹波会随着电压矢量相位变化而变化,故电压纹波的求解更为复杂。本文的研究证明,Z源电感取值较大,电容的电压纹波与电感值无关。但是,如果电感取值较小,那么电压纹波与电感值是相关的。分析了双向Z源逆变器在SVPWM策略下的关键电感值和电容电压纹波,仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。

光伏并网逆变器母线电压纹波的分析与控制

单相光伏并网逆变器中直流母线电压纹波的存在使得电压环控制器的设计变得困难,对此首先推导出稳态时直流母线电压纹波和电压环控制器输出量之间的数学关系,在此基础上提出了一种母线电压纹波补偿方法,将2次谐波注入直流母线电压环控制器中,以消除母线电压反馈中低频纹波对电压环控制器的干扰,有效降低了并网电流的畸变率,设计控制器时不必考虑电压纹波引起的带宽限制,有效防止了母线电压过低或过冲现象。仿真及实验结果证明了所提母线电压纹波分析方法以及补偿算法的合理性及有效性。

单位功率因数单相开关变换器的输出电压纹波

分别采用功率匹配的方法和等效电流源的方法，对含功率因数校正（ Ｐ Ｆ Ｃ） 环节的单位功率因数单相开关变换器的输出电压纹波进行了深入分析，得出对各种拓扑结构的单位功率因数单相开关变换器和各种控制方法均适用的统一表达式。结果表明：单位功率因数单相开关变换器的输出电压纹波取决于输出电流和输出滤波电容的大小，而与所采用的控制方式无关。

一种快速动态响应低电压纹波功率因数校正变换器的控制策略

功率因数校正(PFC)变换器的输出侧并联有源储能单元,可有效抑制PFC变换器输出侧的二次纹波。以采用Buck型有源储能单元的三相交错并联Boost PFC变换器为研究对象,对其控制策略进行研究。首先,为弥补传统Boost PFC双闭环控制中电流参考畸变与电压外环动态响应差的不足,提出基于生成正弦基准的Boost PFC双前馈控制策略,改善了负载和输入电压瞬变条件下输出电压的稳定性,并加快了切相速度。进而,提出一种有源储能单元的自适应控制策略,该方法在满足电压纹波要求的前提下,考虑负载、输入电压频率与PFC输出电容对有源储能单元电流参考的影响,以达到有源储能单元控制简化和效率优化的目的。最后,基于一台1.3kW原理样机的实验结果验证了所提控制策略的有效性。

基于母线电压纹波分析的并网逆变器直流分量检测及抑制方法

为限制光伏逆变器的并网电流直流分量注入电网,提高光伏发电电能质量,提出一种基于直流侧母线电压纹波分析的直流分量检测及补偿方法。该算法以LCL滤波的光伏并网逆变器数学模型为基础,推导分析直流母线电压纹波产生机理,得出直流母线工频纹波由并网电流直流分量产生的结论;通过对一个周期的母线电压分段积分可解析获得直流分量定量描述关系,并利用该解析值实时在线修正并网参考电流,结合电网电压前馈、并网电流外环、电容电流内环的复合控制算法设计电流控制器。仿真与实验结果表明,在不增加外围硬件电路的情况下,该算法可有效抑制并网电流直流分量。

低输出电压纹波准单级反激PFC变换器

提出了一种低输出电压纹波准单级反激功率因数校正(PFC)变换器,它由1个双输出反激变换器和1个具有快速动态响应能力的Buck变换器组成,Buck变换器由双输出反激变换器的辅助输出供电,其输出与双输出反激变换器的主输出串联给负载供电。双输出反激变换器用于实现PFC功能;Buck变换器补偿双输出反激变换器主输出的2倍工频电压纹波,实现低输出电压纹波和快速动态响应。实验结果表明,在保持同样功率因数值的前提下,准单级反激PFC变换器极大地减小了单级反激PFC变换器的输出电压2倍工频纹波,其动态响应速度远快于单级反激PFC变换器,与两级级联PFC变换器的动态响应速度相近,并获得了高于两级级联PFC变换器的效率。

低输出电压纹波三态PCCM CUK PFC变换器

提出了一种具有低输出电压纹波的三态伪连续导电模式(PCCM)CUK功率因数校正(PFC)变换器及其控制策略。在CUK变换器的中间储能电容(过渡电容)上串联一个开关管,使得中间储能电容电压在一个开关周期内存在3个工作状态,进而获得低输出电压纹波和快速的负载动态响应速度。分析了三态PCCM CUK PFC变换器的工作原理,仿真验证了理论分析结果,同时通过一个200 W的实验电路验证了结论的正确性。结果表明三态PCCM CUK PFC变换器具有输入功率因数高、输出电压纹波小和动态响应速度快的优点。

具有快动态响应和低输出电压纹波的二次型BoostPFC变换器

为了提高功率因数校正(Power Factor Correction,PFC)变换器对负载变化的动态响应性能,同时消除输出电压二倍工频纹波,本文将二次型Boost变换器应用于PFC变换器中,并分析了其工作原理。根据主电路电感的工作模式,可以将二次型Boost PFC变换器的工作区域划分为四个区域:CCM-CCM、CCM-DCM、DCM-CCM和DCM-DCM,本论文重点研究了二次型DCM-DCM Boost PFC变换器的输出电压纹波特性及其动态性能。研究结果表明,与传统DCM Boost PFC变换器相比,二次型DCM-DCM Boost PFC变换器可消除输出电压的二倍工频纹波,降低输入电感电流峰值,且提高了负载动态响应速度,极大地降低了输出电压超调量与跌落量。最后,通过实验结果验证了理论分析的正确性。

UPS中直流电容电压纹波分析与抑制

不带隔离变压器的UPS电源由于其结构简单,成本低,效率高等特点受到了广大UPS用户的欢迎。但是,这种UPS的中间直流环节电容上存在着较大的纹波,它一方面会降低电容的寿命,另一方面也会影响功率因数校正和逆变器输出电压的质量。首先,从理论上详细分析了单相不带隔离变压器的UPS中间直流电容电压纹波产生的机理;然后,提出了一种抑制该电容电压纹波的解决方案,并针对该解决方案进行了理论分析和实验验证。实验表明,理论分析与实验结果完全吻合。

单极性SPWM全桥电压纹波补偿

单相逆变器在实际应用时,直流侧输入电压包含2倍于输出频率的纹波。纹波越大输出谐波含量越高。为抑制输入电压纹波的影响,在分析输入电压纹波来源及表现形式的基础上,提出一种根据其幅值与相位补偿开关管导通时间的改进型正弦脉宽调制技术(SPWM)。利用调制信号的周期特性,采用循环查表方式简化补偿策略,提高补偿速度。仿真及样机实验表明该调制方法可有效减小输入电压纹波对系统输出谐波的影响,提高输出质量。

级联Boost变换器输出电压纹波分析

级联Boost变换器含有两个LC滤波器,呈现四阶动力学特性,具有宽输入电压范围的特点。其输出电压纹波与电感、开关周期、电容和负载等因素有关,其中输出电压纹波受电容等效串联电阻影响较大。采用时间平均等效原理对级联Boost变换器进行直流稳态分析,分析了两个电容等效串联电阻对输出电压纹波的影响,由理论分析可知电容C1的等效串联电阻对输出电压纹波影响较小,电容C2的等效串联电阻对输出电压纹波影响较大。采用谷值电流控制策略,保证了变换器稳定地工作在较高直流电压传输比的情况下,避免了次谐波振荡现象。实验验证了理论分析的正确性。

脉冲跨周期调制Buck变换器输出电压纹波研究

以工作在断续导电模式(DCM)的脉冲跨周期调制(PSM)Buck变换器为例,基于一个控制脉冲序列循环周期内输出电压变化量为零的理论,推导出功率脉冲与跨周期脉冲数量比的关系式,进而得到功率开关管驱动信号的有效工作频率计算公式。通过详细分析输出电压纹波的产生机理,推导出不同控制脉冲序列循环周期下的输出电压纹波计算公式。电路仿真和实验结果很好地验证了理论分析的正确性。

输出电压纹波对电流型Boost变换器稳定性的影响

研究了电流型Boost变换器输出电压纹波对变换器稳定运行的影响。通过建立考虑变换器输出电压纹波的电感电流频闪映射,得到了变换器稳定运行的条件。该条件表明,Boost变换器的输出电压纹波对变换器稳定运行的边界有显著影响。经过一些合理的假设,得到了利用变换器电路参数预测占空比的稳定边界的一个解析表达式。在此基础上,基于能量守恒原理得到了输出电压存在纹波时,电流型Boost变换器稳定参数域预测的解析表达式,该式能够较好地预测变换器的稳定参数域。

Buck DC/DC变换器输出电压纹波的仿真研究

在Buck DC／DC变换器的分析与设计中，对开关工作时所形成的电压纹波的分析是至关重要的。为分析其输出电压纹波特性，讨论了Buck DC／DC变换器工作模式，以此为基础，建立了Buck DC／DC变换器的PSpice仿真模型，对工作在非连续电流模式（DCM）下的影响Buck变换器的输出电压纹波的有关因素进行了参数扫描分析。结果表明，输出电容对电压纹波影响较大，输入电压、负载、开关频率等的变化对电压纹波影响相对较小。该结论为Buck DC／DC变换器的设计和实现提供了一定的理论基础。