1.2MV·A混合钳位五电平变流模块的结构布局优化和叠层母排设计

多电平技术是高压大功率变流器的主要解决方案之一,由于电容电压平衡及母排设计等技术问题的限制,三电平以上的二极管钳位型NPC多电平系统在工业中应用较少。为了促进具有电容电压自平衡能力的混合钳位五电平拓扑的大功率工业应用,针对混合钳位五电平电路三相1.2MV·A应用要求,进行了单相变流模块的结构布局和叠层母排设计。首先研究了该拓扑冲击电流产生的根本原因及抑制方法,提出冲击电流抑制对于结构布局的要求;其次,结合冲击电流抑制及NPC四电平电路对称性特点,对混合钳位五电平拓扑大功率应用的结构布局方式进行了工程设计;最后,在该布局方式下结合NPC四电平拓扑的换流特点,通过Ansoft Q3D软件进行了叠层母排的连接设计。最终研制出单相400k W变流模块,测试结果表明其符合设计要求。

三相混合钳位五电平PWM整流器的研究

二极管钳位型多电平PWM整流器由于其诸多优势得到广泛的研究与应用,但直流母线电容电压不均衡问题将其应用一直局限于三电平拓扑。针对这一问题,采用一种混合钳位五电平拓扑应用于PWM整流器,分析该整流器在特有的交替混合PWM调制方式下的电路工作模态,开关电容电路等效电容的计算及适用于该变换器的双环控制算法。实验结果表明,该五电平整流器实现了直流母线电容电压的均衡与稳定,有效抑制了交流侧输入电流的畸变,实现了功率因数校正。

一种减小混合箝位多电平逆变器母线电容冲击电流的PWM控制方法

提出了一种能够有效减小混合箝位多电平逆变器母线电容冲击电流的PWM控制方法。首先分析了三相混合箝位型多电平逆变器拓扑的工作原理,寻找出了直流母线电容中冲击电流的产生机理。然后,提出了一种改进的PWM控制方法,该方法对三相桥臂的箝位开关载波过渡线段选择不同的相位,可以降低电容的电压纹波,从而明显减小了电容冲击电流,同时不影响输出电压质量。进一步对载波过渡线段的时间基准进行了最优数学求解,以实现冲击电流幅值的最小。最后通过Saber仿真软件以及搭建的样机模型验证了所提PWM控制方法的有效性。