混合型MMC器件损耗分布与电容纹波电压综合优化方法

针对现有全桥-半桥混合型模块化多电平换流器(MMC)控制难以兼顾逆变工况下半桥子模块下部绝缘栅双极晶体管(简称半桥子模块中T2管)损耗降低与电容纹波电压抑制的问题,提出半桥子模块中T2管损耗降低及电容纹波电压抑制的综合优化方法。分析电容电荷对半桥子模块中T2管损耗及电容纹波电压的影响路径,指出半桥子模块中T2管通态损耗降低与电容纹波电压抑制间的矛盾。计及2倍频环流注入,分析模组解耦与主动旁路控制间的相互作用。考虑主动旁路控制降低半桥子模块中T2管损耗的优势及模组解耦控制抑制电容纹波电压的能力,提出模组平均开关函数及主动旁路半桥子模块个数的设计原则,并给出整体控制框图。在MATLAB/Simulink及PLECS中建立仿真模型,仿真结果表明:在调制比取0.827及单位功率因数下,相比主动旁路控制,所提方法可使半桥子模块中T2管损耗与电容纹波电压分别降低约20%和28%。

三电平ANPC-DAB的零电压软开关特性与损耗均衡方法

采用多电平电路来构建双有源桥(dual active bridge,DAB)直流变换器可实现更高的电压等级与功率密度及更好的性能。基于半桥有源中点钳位型(active neutral point clamped,ANPC)三电平电路构建半桥ANPC-DAB电路,通过分析开关状态切换过程中零电压开通(zerovoltage switching,ZVS)的软开关特性,得出使全部12个开关管实现ZVS开通的条件。在此基础上,通过分析零电平开关状态对损耗分布的影响,提出一种能够有效改善开关管损耗分布的调制方法。为验证DAB的损耗分布及效率,对半桥ANPC-DAB建立损耗模型,对开关管的损耗分布及DAB的效率进行仿真分析。最后,通过1.5k W的实验样机完成实验验证。仿真与实验结果表明,所提出的调制方法在全部开关管实现ZVS的同时,有效地改善了功率器件的损耗分布。