H桥级联多电平逆变器旁路方法研究与应用

单元级联H桥逆变器因具有良好的输出电压和电流性能,在中高压变频器中逐渐得到广泛的应用,然而可靠的H桥功率单元故障旁路方法是级联H桥逆变器长期稳定运行的保证。当前逆变器应用现场要求具有高平均无故障时间(MTBF)需求,首先对级联H桥功率单元箱多电平逆变器传统旁路方法的优缺点进行分析;接着根据传统旁路方法的缺陷提出一种有着高可靠性级联H桥多电平逆变器的双重旁路方法;最后详细设计了满足双重旁路方法功能的电路并对该方法进行试验验证。试验结果表明此处所提方法能够实现级联H桥多电平逆变器的双重旁路,具有非常巨大的工程实际应用价值和意义。

面向直流微电网的混合级联多电平逆变器阶梯波控制策略研究

级联多电平变换器将数个全桥逆变模块以级联方式进行连接并予以控制,适用于中压大功率输出场景下的直流微电网,广泛应用于能量路由器、智能电能网关、固态变压器等电力电子装置中.传统级联多电平变换器所级联的每一路逆变模块的电压相同,限制了多电平输出电压的电平数量.为解决上述问题,将传统的母线电压相等的三路级联7电平逆变器改造成母线电压为2的倍数关系(20∶21∶22)的三路混合级联15电平逆变器,通过采用阶梯波控制方法,并针对最近电平逼近法进行了改良以产生开关器件的触发信号,可有效降低开关器件的开关频率和开关损耗,并将输出电压由7电平增加到15电平,有效降低谐波.从混合级联15电平逆变器工作原理、阶梯波调制方法、输出电压谐波等角度开展了理论分析与计算,最终搭建样机进行实验,有效验证了所提出的分析和研究.

单相光伏级联多电平逆变器漏电流抑制与功率均衡控制综述

单相级联多电平逆变器(CMI)因其可实现组件级最大功率点跟踪(MPPT)、组件可关断、多电平输出电压谐波含量低、集优化器与并网逆变器为一体的结构等优势,近年来在光伏并网系统的研究领域受到关注。以单相非隔离型独立直流母线结构的光伏级联多电平逆变器(PV-CMI)为研究对象,针对其存在的两个问题进行综述:一是因缺少隔离环节可能导致的漏电流问题:二是单相PV-CMI各单元间相互独立的直流光伏输入可能导致的功率不均衡问题。这两个问题对单相PVCMI的安全稳定运行造成了威胁,从而极大地限制了单相PV-CMI的推广和应用。文中分析了单相PV-CMI的基本原理和拓扑特点,分别就其漏电流与光伏功率不均衡两大关键问题,综述现有的研究方案并进行了总结。最后,展望了PV-CMI未来的发展趋势及其存在的技术挑战,为后续研究提供了参考。

基于级联多电平换流器的两级式储能系统控制策略

储能技术是构建以新能源为主体的新型电力系统的关键技术和维持微网可靠稳定运行的重要保证。国内外现有理论研究及示范工程主要集中于单级式链式储能系统,功率模块与电池系统之间无源连接,结构简单但控制自由度不高。同时,针对基于链式储能的电池荷电状态(state of charge,SOC)不均衡问题,现有的相内SOC均衡控制策略存在不同负载率适应性不足、极度不均衡时可能过调制等缺点,为此,文中基于两级式链式储能系统,研究其总体控制策略,对相间、相内SOC均衡策略进行分析,并提出一种自适应的相内SOC均衡策略,详细说明均衡控制参数的设计原则。该策略能有效地改善链式储能系统在轻载、重载等不同工况下的适应性和均衡效果。最终通过仿真验证了所提控制策略的可行性和有效性,从而为工程实施提供理论储备和技术支撑。

非对称级联多电平功率放大器的虚拟载波移相PWM调制策略

由N个相同H桥功率模块(H-bridge power module,HBPM)组成的传统级联H桥功率放大器(cascaded H-bridge power amplifier,CHB-PA)最多可输出2N+1的电平数,输出电平数直接影响功率放大器的正弦特性和保真性能。在级联HBPM数量相同的情况下,首先提出了一种非对称级联多电平功率放大器(asymmetrical cascaded multilevel power amplifier,ACM-PA);其次,为了与传统CHB-PA有相同HBPM数目的ACM-PA,提出一种虚拟载波移相脉宽调制(virtual carrier phase shift pulse width modulation,VCPS-PWM)策略,将输出电平数提高到6N-3;最后,通过仿真对比验证了所提出的ACM-PA和VCPS-PWM可以显著提高输出电平数,降低负载电流的总谐波失真,提高功率放大器的保真性能。

新型混合级联多电平逆变器拓扑及调制策略

为解决现有非对称级联多电平逆变器存在低压单元电流倒灌和输出电平数少的问题,提出一种基于开关电容电路的混合级联多电平逆变器。首先,在两单元非对称级联H桥型逆变器的低压单元中嵌入一个开关电容电路,有效避免了低压单元电流倒灌,且输出电平数得以增加。然后,为减少所提方案应用于三相系统时所需直流电源的数量,提出了用三电平中点箝位型或T型逆变器电路作为高压单元的三相混合级联多电平逆变器拓扑。之后,针对所提逆变器拓扑的特性,提出了含有移相载波和层叠载波的混合调制策略,在满足逆变器输出高质量正弦脉宽调制电压波形的同时,有效减小了开关电容电压纹波和开关器件的切换频率及开关应力。最后,通过实验验证了所提混合级联多电平逆变器拓扑及调制策略的可行性。

准Z源级联多电平光伏并网逆变器3次谐波补偿策略

光伏组件遮挡、老化等问题会使单相准Z源级联多电平逆变器单元间功率不平衡,严重时功率较大的单元会过调制,导致并网电流畸变甚至影响系统稳定。针对此问题,对单相准Z源级联多电平逆变器进行模型分析,阐述了过调制机理和最优3次谐波注入原理。在此基础上,提出一种优化的3次谐波补偿控制策略。该方法不仅能保证系统最大功率输出和单元间直流母线电压平衡,而且能根据拟合曲线选择出最优的3次谐波补偿系数,扩大逆变器运行范围,确保严重功率不平衡时所有单元都不过调制,抑制并网电流畸变效果明显。仿真和实验结果均验证了所提控制策略的有效性。

级联多电平逆变器输出电压和电流采集方案研究与应用

模块化多电平逆变器因具有调制算法成熟、输出电压谐波特性好、电压变化率低以及在模块单元故障下继续维持工作等优点,使其在大功率高压逆变器中得到广泛的应用。首先分析了传统级联多电平高电压和大电流检测方案在实际应用中的缺点和可能给检测装置带来亚健康的隐患,然后提出级联多电平逆变器输出电压和输出电流检测方案,最后在所提方案的基础上详细设计了电压检测和电流检测电路的各项参数,并将该电路原理图应用在H桥单元级联多电平中间包感应加热电源上进行输出电压和电流参数检测试验验证。试验结果表明所提的电压检测和电流检测方案可以满足级联多电平逆变器输出参数检测的各项性能要求。

基于虚拟仪器技术的级联多电平逆变器SPWM控制策略

介绍了H桥级联多电平逆变的工作原理、调制方法和控制策略,并进行了仿真分析。基于虚拟仪器技术达到了对4个H桥级联逆变器的控制,实现了频率为1Hz的高压正弦波输出,给出了实测波形。

一种适用于高压大功率的新型混合二极管钳位级联多电平变换器

该文在研究传统的级联多电平、传统混合级联多电平以及二级管钳位级联多电平变换器的基础上提出了一种新型的混合二极管钳位级联多电平变换器,这种新型变换器是将具有不同直流母线电压的多个二极管钳位多电平变换器进行级联,输出电压是将这些变换器的输出电压进行矢量相加而合成的。通常,开关速度较快的器件(如IGBT)的耐压值和耐压值较高的器件(如GTO)的开关速度都是有局限性的,新型变换器包含高压模块和低压模块,这使得IGBT和GTO协同工作在一起成为可能。本文对三相拓扑结构进行仿真分析,从仿真结果可以看出,新型变换器可以输出更高的电压,并且输出电压和电流的波形质量也将有进一步改善。

基于级联多电平的有源滤波器直流侧电压平衡控制

为了减小电网中非线性负载带来的谐波电流对电网质量的影响,针对基于H桥的有源滤波器装置中直流电容电压问题,提出一种新的控制方法。将控制模块分成模块均值电压控制器和直流母线电压控制器两个部分,通过调节每个H桥之间的有功功率交换和有源滤波器同电网间有功功率的交换来实现直流电容电压的平衡控制。利用该方法对八个单元H桥级联的并联型有源滤波装置进行Matlab/Simulink仿真,并基于FPGA+DSP实验平台搭建了三单元H桥级联样机。仿真和实验结果表明,基于级联多电平的有源滤波器直流侧电压平衡控制方法是有效和实用的。

H桥级联多电平变流器的直流母线电压平衡控制策略

H桥级联多电平变流器是一个非线性、多变量、强耦合系统,其中单个功率模块的直流母线电压平衡问题严重影响该类型装置的输出性能,并限制其应用范围。对变流器与系统之间的功率交换模型进行详细的数学推导,得出可以通过控制变流器负序电流、零序电压或负序电压的方式达到控制单相直流电压平衡的控制规律。结合全局平均直流电压控制策略和单模块直流电压控制策略,提出基于正负序电流分离解耦控制的通用三级直流母线电压控制方法,解决了H桥级联多电平变流器的直流母线电压平衡问题,并提高了装置的输出性能。仿真和实验验证了所提直流电压控制策略的有效性和可行性。

新型混合级联多电平换流器型静止同步补偿器的设计

构建了新型混合级联多电平换流器(hybrid cascaded multilevel converter,HCMC)型静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)(即HCMC-STATCOM)的拓扑结构,并分析其工作原理,对两电平换流器直流电压和整形电路H桥子模块个数进行了优化设计。为实现两电平换流器和整形电路的协调控制及电容电压稳定控制,研究了两电平换流器和整形电路的调制策略,并提出了一种有效的控制方案。在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了35 k V/±100 Mvar HCMC-STATCOM仿真模型,仿真结果表明了HCMC-STATCOM拓扑结构及其工作原理的可行性和控制方案的有效性。

2MVA无串联变压器级联多电平动态电压调节器的设计与仿真

研究了基于级联多电平结构的无串联注入变压器的2MVA动态电压调节器(Dynamicvoltagerestorer,DVR)的系统设计方案,针对DVR的主电路拓扑、电压暂降检测算法、底层载波移相控制策略、储能计算、滤波器设计及逆变器部分的损耗进行了分析研究,并对某生产基地6kV系统的电压暂降问题完成了DVR装置主电路参数和控制电路的功能设计,采用仿真软件EMTDC/PSCAD进行了仿真研究,验证了文中所提设计方案的正确性及有效性。

基于自抗扰控制器的级联多电平静态同步补偿器控制系统

级联多电平静态同步补偿器(STATCOM)是强耦合非线性系统,采用传统PID控制和现代控制理论难以得到满意的控制效果。为了提高系统的动态性能和鲁棒性,文中根据自抗扰控制器(ADRC)的原理提出了级联多电平STATCOM的自抗扰控制方案。自抗扰控制器的设计不需要精确的STATCOM参数和数学模型,它内部的扩张状态观测器可以估计出系统内扰(包括模型的不确定项和耦合项)和外扰的实时作用并给予补偿,从而实现无功电流和有功电流的解耦自抗扰控制。仿真和试验结果表明,自抗扰控制器对系统模型的不确定性和外扰具有较强的适应性和鲁棒性,控制系统具有优良的动态性能。

级联多电平逆变器研究

介绍了带独立直流电源的级联多电平逆变器的拓扑结构 ,讲述了优化阶梯波宽度技术的基本原理 ,并对级联七电平逆变器进行了仿真分析和实验研究。

级联多电平逆变器最优SPWM控制策略及其功率均衡方法

基于双傅里叶分析方法研究了应用于多电平逆变器现有的几种SPWM控制策略,比较得出输出线电压谐波最优的控制策略。针对级联多电平逆变器要求各单元均分负载功率,对最优SPWM控制策略进行了改进,改进后的最优SPWM控制策略在不影响输出电压的波形质量的同时保证了功率均衡,仿真分析和实验结果证明了理论分析的正确性。

混合级联多电平换流器型静止同步补偿器的优化设计

研究了混合级联多电平换流器型静止同步补偿器(HCMC-STATCOM)。对两电平换流器的直流电压和整形电路的模块个数进行了优化设计;对两电平换流器和整形电路的直流电容纹波电压进行了数学建模,为电容参数设计提供了理论基础;对HCMC-STATCOM与链式静止同步补偿器进行了对比研究,结果表明HCMC-STATCOM能够有效减少H桥的模块数目,同时能够显著减少储能电容的容量,有利于减少装置的成本及其占地面积。在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了35kV/±100Mvar的HCMC-STATCOM仿真模型,仿真结果表明了HCMC-STATCOM拓扑结构的可行性和理论分析的正确性。

级联多电平技术在动态电压恢复器中的研究

为了改善电压跌落引起的电能质量降低,分析了电压移位脉宽调制技术后,设计了一种应用十一电平级联逆变结构的无串联变压器的动态电压恢复器(DVR)。该技术基于同相位(IPD)电压移位调制方式对级联逆变结构进行调制,系统采用了改进的"abc-dq"变换检测算法准确、快速检测系统电压的幅值和相位准确,并采用最小电压补偿策略补偿电压跌落。仿真结果表明,该技术提高了逆变器的开关频率,谐波失真小、电压变化率低,完全满足DVR对高电压质量要求的需要。

级联多电平逆变器空间矢量调制算法零序电压分布及优化算法

逆变器输出电压中的零序分量在电机中形成共模电压,它通过寄生回路产生的共模电流会损坏电机轴承、造成绕组绝缘的破坏以及产生电磁干扰。本文在将常规dq0坐标旋转45°后的新坐标平面中,研究了空间矢量对应的零序分量的分布规律。结果表明,只要适当地减小调制系数,逆变器输出电压矢量的零序分量幅值就可以小于一定的限制值。基于该规律,提出了一种将级联型多电平逆变器输出零序电压幅值的相对值限制为1/3的空间矢量调制算法。仿真和实验结果表明,该调制方法对零序电压的抑制是有效的,并且计算简单、易于实现。