SiC 3L-ANPC电路开关瞬态过程机理与解析建模方法研究

碳化硅三电平有源中点箝位(silicon carbide three level active neutral point clamped,SiC 3L-ANPC)变换器在中压大容量应用中具有突出优势,但与传统两电平变换器相比,其杂散参数相对较多,高速开关瞬态中较高的du/dt、di/dt与多杂散参数的综合作用,易引发严重的器件电压、电流过冲和振荡,增加开关损耗,制约器件功率处理能力。准确定量评估开关瞬态行为,对变换器的精细设计、运行调控、安全保护、EMI抑制、寿命预测等都至关重要。为此,该文在厘清SiC 3L-ANPC变换器瞬态换流机理的基础上,提出一种SiC 3L-ANPC电路开关瞬态解析建模方法,所建模型仅需计算数个特定时刻的电路状态就能准确预测SiC 3L-ANPC变换器的开关瞬态行为,大大减小了计算时间与计算量,且每个特定时刻均具有明确的物理意义,具有普适性。实验结果证明了提出的建模方法的有效性,瞬态过冲最大计算误差小于6%,且计算速度比电路建模仿真方法提高上百倍。基于该文研究成果,为SiC 3L-ANPC逆变器的过电压抑制提供了电路参数设计指导意见。

基于多目标模型预测控制的ANPC并网逆变器

三电平有源中点箝位(ANPC)并网逆变器能够平衡器件功率损耗,有效提高输出电能质量和效率。以三电平ANPC并网逆变器为研究对象,提出了一种多目标优化模型预测控制(MOO-MPC)算法,通过消除三电平输出可能产生多电平跳变的开关状态,可以减少模型的滚动优化次数。通过器件的开关动作损耗线性拟合,实时计算出各开关器件的功率损耗,并在目标成本函数中令不平衡损耗最小化。最后,通过算例分析验证了该控制方法的正确性和有效性。