采用逆阻型子模块的新型模块化多电平换流器

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)是高压直流输电系统领域中极具工程应用前景的电压源拓扑之一。在分析典型子模块拓扑特点的基础上,该文提出一种新型的逆阻型半桥子模块(reverse blocking half bridge sub-module,RB-HBSM)的MMC拓扑,用于解决传统MMC的故障穿越能力问题。开展了RB-HBSM及其构成的MMC拓扑的故障电流阻断机理及其主要功率开关器件的电气应力分析研究,提出了故障控制流程,最后通过仿真算例对所提出的子模块拓扑进行了验证。仿真结果表明,新型RB-HBSM-MMC拓扑在不改变原有控制策略与调制策略的情况下,能够迅速实现故障电流阻断效果,有助于进一步降低系统的复杂程度。

高效级联式光伏并网逆变器的控制

为了适应光伏发电系统高性能和高效率的要求,提出了一种混合级联式并网逆变器。逆变器的主回路由3个H桥级联而成,直流侧电压满足1:2:4的关系。为了提高控制性能,采用了基于比例-谐振调节器的电流控制器和基于广义二阶积分器的锁相环,分别使用了电压阶梯和脉宽调制(PWM)载波两种调制方式。光伏逆变器系统的交流侧输出多电平的电压,输出谐波含量低。同时,系统中的两个高压H桥工作在工频开关频率下,开关损耗得以降低,满足了高效率运行的要求。仿真与实验结果验证了上述高效级联式并网逆变器的可行性和有效性。

具有直流故障阻断能力的逆阻型模块化多电平换流器

提出一种改进的逆阻型MMC(reverse blocking MMC,RB-MMC)拓扑,其半桥子模块的下管以逆阻型IGBT替代传统的功率器件,并增加了并联旁路吸收回路,用于解决传统MMC的故障阻断能力问题。首先分析了改进的RB-MMC的拓扑和工作原理,在此基础上开展了对改进型RB-MMC的故障阻断机理及其主要功率开关器件的电气应力的研究,并通过仿真算例对所提出的改进型RB-MMC拓扑进行了验证。仿真结果表明,新型RB-MMC拓扑在原有正常模式下不需要改变控制策略与调制策略,而在故障阶段能够迅速实现故障电流阻断效果,通过引入旁路吸收回路,进一步降低了对电路触发脉冲一致性的要求。该文提出的改进型RB-MMC拓扑在高压直流输电系统领域中具有良好的工程应用前景。

一种基于SiC器件的谐振开关电容变换器

提出一种谐振开关电容变换器(resonant switched capacitor converter,RSCC)拓扑,并分别采用碳化硅混合绝缘栅双极型晶体管(hybrid SiC insulated gate bipolar transistor,HSiC-IGBT)和碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管(SiC metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,SiC-MOSFET)功率模块。RSCC采用模块化结构,减小开关器件电压应力,并利用谐振机理实现软开关动作,有效抑制开关电压和电流尖峰。为优化变换器输出电压,采用移相控制。首先分析RSCC的拓扑和工作原理,在此基础上开展对变换器数学模型及稳态输出特性的研究,对比HSiC-IGBT和SiC-MOSFET器件参数对变换器输出特性的影响,并通过仿真和实验对所提出的RSCC及控制策略进行验证。实验结果表明,移相控制显著改善了电容电压不均衡现象。

考虑寄生电感的谐振开关电容变换器电压尖峰抑制

基于碳化硅(SiC)器件的谐振开关电容变换器(RSCC)因其软开关特性,适用于高频、高功率密度的场合。但是较高的工作频率使其对线路寄生参数较敏感,易造成开关器件的电压尖峰问题。通过分析RSCC叠层母排模型,该文建立含有寄生电感的等效电路,研究寄生电感对电路运行模态的影响,并推导开关器件电压峰值与寄生电感之间的关系。在此基础上,提出优化叠层母排结构和吸收电容的电压尖峰抑制方案,仿真及实验结果验证了该文电压尖峰抑制方案的有效性和可行性。