NPC2三电平拓扑横管过压保护开关逻辑

NPC2三电平拓扑因为其效率高,谐波含量低,在光伏逆变器设计中应用非常广泛。由图1可以看到,NPC2由四个开关管构成,包含竖管T1/T4,横管T2/T3。

单管直流变换器三电平拓扑的交错开关方式

为降低开关管电压应力 ,提出了一种新型三电平拓扑变换方法 ,可直观地得到 6种单管直流变换器的三电平拓扑。由于增加了开关管 ,可引入新的控制方式。通过分析变换器在不同开关相角下滤波电感电流脉动的大小 ,得出了在同样的电流脉动要求下 ,采用交错开关方式与采用传统开关方式相比 ,滤波电感可减小的幅度。

基于T型三电平拓扑的新型电能质量补偿器

针对三相四线制配电系统,提出一种基于T型中点箝位型三电平逆变器技术的新型电能质量补偿器拓扑,并简要介绍了新型电能质量补偿器的工作原理。详细分析了新型电能质量补偿器逆变器直流侧电压波动的成因,以及采用传统三维空间矢量脉宽调制(3D-SVPWM)算法时系统侧出现不平衡电流和谐波分量的根本原因,并提出改进调制算法来解决该问题,即通过分别处理直流侧正、负极电压调制比,并按比例分配补偿时间进行中点平衡控制。在MATLAB/Simulink平台上的仿真结果表明,所提改进调制算法通过简单的控制策略,可同时实现无功补偿、谐波抑制及不平衡治理,且补偿效果良好。

T型三电平拓扑及其中点电位平衡控制策略

相比于传统的两电平拓扑,T型三电平拓扑具有电磁干扰低、效率高、输出谐波含量低等优点。本文对T型三电平变流器的拓扑结构进行了分析,研究了T型三电平拓扑的工作规律和控制方法,将空间矢量调制技术应用到T型三电平拓扑的控制中。针对T型三电平拓扑逆变器中点电位平衡控制难题进行了分析和研究,对其中一个电容的电荷量进行PI调节控制,使其电压始终维持在直流电源电压的一半,从而很好地控制了中点电压的波动。此外,该方法还可以有效地避免直流侧电容参数差异对中点电压的影响。仿真结果证明了本文方法的可行性和有效性。

ANPC型三电平拓扑换流原理及开关损耗分析

目前常用的NPC三电平拓扑存在内、外开关管损耗不均衡问题,影响功率模块的输出功率。文章首先针对优化的NPC型(ANPC)三电平拓扑结构提出两种不同的调制方法,并依此详细分析了在整流工况和逆变工况下各开关器件的状态以及换流过程;接着,根据这两种调制方法,仿真得到流经各开关器件的电流波形,并结合各开关器件电流仿真波形,详细推导了每种调制策略下各开关管损耗表达式;最后,定量计算和仿真分析每种调制方法下各开关器件的损耗情况,结果显示,计算结果和仿真结果较为接近,即可通过类似的推导方法推导不同控制方法下各开关器件的损耗。通过对比各类调制策略相关损耗数据可知,相较NPC三电平拓扑结构,采用ANPC拓扑结合一定控制算法的方式可在一定程度上降低器件损耗,从而提高功率模块输出效率。

基于三电平拓扑的两级式储能变流器控制策略

随着电网中分布式可再生能源的渗透率不断增加,微电网的应用引起了广泛的关注。储能变流器作为微电网中的重要组成部分,在其运行管理中发挥着关键的作用;然而,常见的单级式储能变流器输入电压范围窄、适用范围小,两电平储能变流器则具有器件承受大、设备体积大的缺点。为了解决上述问题,提出一种基于三电平拓扑的两级式储能变流器的控制策略,对三电平buck-boost电路与三电平逆变电路的工作过程进行分析,并设计相应的控制策略。所提出的控制策略实现了三电平两级式储能变流器与电网间有功功率和无功功率双向流动的功能,具有功率密度大、直流输入电压范围宽的优点。利用MATLAB/Simulink搭建的仿真模型对所提出的控制策略进行了验证,仿真结果验证了控制策略的有效性与可行性。最后,研制了储能变流器样机进行相关实验,实验结果验证了控制策略的实际应用效果。

结合第七代IGBT技术的三电平拓扑的优势

当电能质量和效率是电力电子应用的驱动因素,则三电平拓扑就是其中的关键,尤其是在可再生能源领域的应用。三电平拓扑结合最新的第七代IGBT产品,确立了新能源应用的新基准。在过去的几个月里,SEMIKRON从两家不同的制造商引进了950伏和1200伏第7代IGBTs。两个第7代IGBTs都比以前的版本有了根本性的改进。由于采用了新的芯片设计,在所有电流等级中,芯片尺寸平均缩小了25%。

新型三电平拓扑的无功补偿器控制研究

分析了传统二极管箝位型三电平无功补偿器的原理,指出其存在器件耐压水平低、功率等级低的缺点。提出一种新型的T型三电平拓扑无功补偿器,通过开关器件的串联提高耐压水平与功率等级。采用电网电压定向的矢量控制策略对有功无功电流进行解耦控制,引入零序电压注入的中点电压控制方案实现正负母线的均压。通过搭建仿真模型验证了所提方案的有效性,实现了无功电流的快速补偿。

三电平NPC拓扑结构中功率IGBT器件的应用和分析

讨论了三电平NPC拓扑结构的基本工作原理和相应的换流路径;考虑到IGBT模块对直流电压稳定性的要求,给出在给定故障率条件下允许长期运行的最大直流母线电压;分析了器件芯片技术及封装的特点,给出了在三电平应用中的IGBT解决方案;以4.5k V IGBT为例,研究了三电平拓扑布局应用中杂散电感及结温差异所引起的开关特性问题,并提出一些在三电平设计中关于IGBT模块均流和布局应用方面的建议。

IGBT串联的三电平风电变流器拓扑研究

三电平拓扑结构简单可靠,但由于开关器件的耐压水平限制,低压单管IGBT拓扑的交流侧输出电压、功率水平均较低。提出一种新型IGBT串联的三电平风电变流器。首先,采用了T型三电平结构,并在正负母线回路中使用两管1.7kV的IGBT串联,即可输出3kV的交流侧电压;其次,给出了IGBT串联提高开关频率的原理、IGBT串联的保护与均压方案。最后,建立了3kV电压等级的实验平台,验证了IGBT串联型三电平拓扑的有效性。

轨道车辆三电平中点自平衡电路拓扑研究

在有轨电车超级电容供电系统中,作为充电装置的三电平直流变换器中储能电容存在有均压以及中点平衡问题,中点不平衡将导致装置的工作异常,严重的将引起直流变换器的损坏。对此,传统方法一般是通过电路拓扑结构及控制策略调节电力电子器件开关管占空比来解决。通过分析传统充电装置中三电平中点电位不平衡的原因,针对超级电容型轨道车辆充电系统中三电平直流变换器中点偏移问题,提出一种新的三电平直流变换电路拓扑,通过斜对称电容构建三电平充电电路,不仅具有传统三电平直流变换拓扑降低开关管应力、改善系统的动态性能的优点,还可以在不依靠控制算法的基础上实现一定的三电平直流变换器均压电容中点电位的自平衡校正能力。针对该电路拓扑,详细阐述优化拓扑电路的工作原理和其中点自平衡特点,同时给出电路中相关开关器件及滤波电感及均压支撑电容计算过程。通过Matlab/Simulink仿真软件分析及搭建实物平台,验证优化拓扑结构不仅兼具传统三电平直流变换器拓扑降低开关管应力,改善系统动态性能的优点,更有充电速率快,安全性能高的特点,还能不依靠控制算法实现中点电位自平衡。

轨道交通牵引四象限变流器三电平SiC/Si混合型拓扑损耗分析

三电平SiC/Si混合型拓扑能满足低功率损耗的需求,其成本又低于全SiC拓扑,已逐渐应用于各类电力电子装置。由于轨道交通牵引四象限变流器应用场合的开关频率不高,而功率较大,不同的三电平SiC/Si混合型拓扑在损耗和效率上的优劣有待进一步评估。为此,提出一种T型中点箝位三电平SiC/Si混合型拓扑(TNPC-H2),在建立的损耗模型的基础上,推导了其与已有的有源中点箝位三电平SiC/Si混合型拓扑(ANPC-H1)的损耗计算公式,并将2种混合拓扑的成本、损耗和效率进行了理论计算的分析和对比。结果表明TNPC-H2更适用于低频场合,而ANPC-H1适用范围广,且开关频率越高其优势越突出。

新型中点钳位三电平电池储能变流器设计及控制系统

基于新型中点钳位(A-NPC)拓扑结构的三电平变流器可以提高输出电压波形质量,有利于降低绝缘栅双极型晶体管(IGBT)耐压,以减小开关器件成本、IGBT损耗和电感损耗,来提高系统整体效率,因此在电力储能领域具有广泛的应用前景。基于A-NPC三电平拓扑结构,设计了电池储能变流器主电路,开发了变流器系统控制器软硬件,研究了变流器中点电压控制机理。样机实验结果表明:所搭建的A-NPC三电平电池储能变流器系统运行良好,与当前储能系统常用的两电平拓扑相比,在略微增加综合成本的基础上,实现了输出电流波形畸变小和输出电流谐波小、效率高等特点,应用在储能系统中,获得了很小的稳态总谐波畸变率和非常好的功耗特性。

基于模型预测的新型三电平PFC电路研究

三电平功率因数校正(Power Factor Correction,PFC)电路作为一种有效降低开关管电压应力的方法,可在一定程度上减小开关损耗和滤波器的体积。为减少传统T型拓扑的开关管数量,降低拓扑成本即控制的复杂度,将T型拓扑、背靠背拓扑和三电平结构有机融合,构造出一种开关管数量少的新型三电平功率因数校正拓扑(Nnovel Three-Level Power Factor Correction Topology,NTLPT)。为有效减少该拓扑结构系统稳态误差,拓扑采用模型预测控制,可实现新型三电平功率因数校正拓扑在一个工频周期内二极管桥臂间输出三电平波形。详细分析了所提拓扑的电路结构和工作原理,根据所用模型预测控制对拓扑的模型及优化目标作出了详细推导。通过MATLAB/Simulink仿真平台,搭建了额定输入为220 V/50 Hz,额定输出为1 kW/400 V的仿真试验平台。仿真结果验证了新型三电平功率因数校正拓扑的可行性和理论分析的正确性,可广泛使用。

基于开关–电容网络的单相三电平PFC电路研究

三电平及多电平技术的应用可以降低开关管电压应力,并且在一定的程度上可以降低滤波器的体积。为减少传统三电平整流器的可控器件数量,降低开关损耗和提高装置自身运行可靠性,首先,该文提出一类基于开关–电容网络的新型三电平功率因数校正电路,该电路在每个工作模态中至多存在一只开关管工作,一定程度上降低了拓扑结构损耗及控制复杂程度,在模态切换过程中存在有互补性脉宽调制信号,使控制方式较为简单。然后,该电路在开关管故障的情况下,由于该拓扑结构集成体二极管为H桥提供电流流通路径,以保证电路短时间对外输出功率。最后,搭建输入交流为220V、输出直流为400V、额定功率为0.8kW及输出效率为97.8%的一台实验样机,验证理论分析的正确性。

使用多端开关网络的多电平逆变器拓扑研究

多电平逆变器输出端有多级输出电平数、小的输出波形THD、低的器件电压应力及低的系统EMI,波形更接近正弦波,因而多电平逆变器的理论和应用研究得到了广泛重视。在传统二极管箝位型三电平拓扑基础上增加一个三端开关网络,构建了新型五电平逆变器拓扑。仿真实验表明,这种新型五电平逆变器输出频率为桥臂开关频率的2倍,此拓扑可以用更小的滤波电感,且减小了输出谐波。通过对比分析新型五电平拓扑与二极管箝位型三电平拓扑可知,新型多电平逆变器拓扑易于扩展、损耗小及成本低。多端开关网络的引入为多电平逆变器拓扑的拓展提供了一种新的思路和方法。

三电平模块化智能电能质量补偿装置研究

谐波、无功以及三相不平衡是电力系统中常见的电能质量问题。本文研究了基于三相四线制二极管钳位型三电平拓扑的模块化智能电能质量补偿装置,它可以实现指定次谐波补偿、无功功率和三相不平衡补偿。本文基于瞬时无功功率理论提取三相不平衡及无功补偿指令电流,并结合基于离散傅里叶变换的谐波提取算法,将负载电流中的基波负序电流、零序电流、无功电流和特定次谐波电流分离提取,通过PI控制器和重复控制器的并联,实现在静止三相ABC坐标系下指令电流的直接控制。经实验验证,本文所提的三相四线制模块化三电平智能电能质量补偿装置不仅可以动态补偿系统的无功、不平衡以及谐波电流,而且可以实现不同种类补偿容量的动态设置。

三电平空间矢量调制的FPGA实现

提出了一种适合硬件实现的三电平空间矢量调制优化算法。该算法利用三电平空间矢量图的几何对称性,把三电平空间矢量的计算集中在一个扇区内完成,有效地减少三电平空间矢量的计算量,从而降低了算法实现所需硬件资源的需求。根据该优化算法,本文采用硬件描述语言在单片现场可编程序逻辑阵列上实现三电平空间矢量调制,同时给出具体设计步骤和关键设计考虑。仿真和实验验证了该算法的正确性以及硬件实现的快速性。

一种TNPC三电平逆变器的零电流软开关技术

为了改善变流器的谐波含量和效率,多电平拓扑被广泛应用于光伏和储能领域.同时,采用软开关技术能够降低开关损耗.针对T型中点钳位式(TNPC)三相三电平结构,提出了一种新型的零电流软开关变流器拓扑.该软开关拓扑每相仅需要额外使用两个辅助谐振开关器件和一条LC谐振支路,拓扑控制简单,不需要改变传统的PWM调制方法,辅管的开通时间只由LC谐振参数决定.就能保证主桥臂和辅助桥臂的开关器件实现零电流转换(ZCT),提高了系统的效率.通过换流过程方程和状态平面图,对所提出软开关技术的工作原理和控制方法进行了详细的分析和推导.通过半桥样机实验验证了所提出软开关拓扑的可行性.