基于级联H桥变换器的光伏并网系统研究

H桥型多电平变换器的研制工作已经进入较为深入的发展阶段,技术较为成熟、稳定。文章以单一H桥变换器的基本原理为基础,分析了级联H桥多电平变换器的发展、工作原理以及相关拓扑结构。为了研究级联H桥变换器光伏并网系统,文章对光伏并网系统进行了建模和分析,并分析了Boost变换器的工作原理,介绍了最大功率点跟踪算法,并对两级H桥变换器三相光伏并网系统进行了仿真与分析,验证了级联H桥变换器光伏并网系统能够达到很好的发电效果。该研究为光伏发电系统的应用提供了良好的支撑。

H桥变换器中分岔与混沌现象的研究进展与趋势

针对H桥变换器中出现的分岔与混沌现象,概述了相关的研究现状;详细地介绍了典型H桥变换器两种离散模型,并对其适用性作了分析和评价;具体分析了H桥变换器非线性研究中的稳定性分析方法和数值仿真方法,并对各自优缺点进行了总结;选择Lyapunov指数法对两种离散模型进行了验证,并详细分析了随着开关频率的变化两者差异性变化情况,进一步揭示了产生差异性的原因;介绍了时延反馈控制(TDFC)以及扩展时延反馈控制(ETDFC)方法在H桥变换器混沌控制中的具体应用,并对其优缺点作了评价;最后,为进一步深入研究H桥变换器的分岔与混沌行为提出了几点展望,给后续工作的开展提供指导。

模块化多电平变换器与级联H桥变换器在中高压变频器应用中的对比研究

级联H桥型变换器CHB(cascaded H-Bridge)由于其笨重、复杂的多绕组移相变压器,限制了其向更高电压/功率等级电机驱动中应用。而模块化多电平变换器MMC(modular multilevel converter)的拓扑结构相比CHB可省去其笨重、复杂的移相变压器,因而更希望能够采用MMC来实现更紧凑、更灵活的电机驱动解决方案。但需要指出,MMC与CHB实际上存在很多不同之处,至今还没有文献对这两种拓扑各方面性能进行过系统的比较。为此,文中首次详细对比了MMC与CHB在电路结构、工作原理、元件数量、PWM调制方法、谐波性能等方面的优缺点,并探讨了MMC在电机驱动应用中需要面对的电容电压平衡问题、环流问题、启动预充电问题、以及低频运行时的电容电压波动等问题,并给出了相应的解决方法与一些基本的实验验证,旨在为模块化多电平换流器在电机驱动应用中的推广提供一点抛砖引玉的作用。

H桥变换器的Washout滤波器混沌控制方法

为了对H桥变换器工作过程中出现一系列复杂行为进行有效控制,将Washout滤波器混沌控制技术引入到H桥变换器中,分别对H桥作为直流斩波器和逆变器时出现的混沌现象进行控制,同时分析了系统参数未受扰动和受扰动时的混沌控制效果。根据引入混沌控制后系统的离散迭代模型得到了系统的Jacobian矩阵,并推导了Washout滤波器混沌控制的控制系数的限定条件。数值仿真结果表明,该方法能够对H桥变换器两种工作形式中出现的混沌行为进行有效控制,并且在系统参考受扰动时也能表现出一定的鲁棒性和抗扰性。

基于双H桥变换器的无刷直流电机转矩脉动抑制方法

针对无刷直流电机(BLDCM)的换相转矩脉动问题,提出了一种基于双H桥变换器的BLDCM转矩脉动抑制方法。通过双H桥变换器电路产生补偿或抵消电流,减小非换相相电流的波动,从而达到抑制BLDCM转矩脉动的目的。在MATLAB/Simulink下构建了BLDCM转矩脉动仿真模型并进行对比仿真,与传统PID控制方法相比,该方法非换相相电流波动在高、低速下分别降低了约70%和40%,平衡后的转矩波动降低了约80%。结果表明:所提方法对于BLDCM在高稳定度和高精度要求领域中的应用具有重要价值。

单相H桥变换器直流支撑电容分析计算

直流支撑电容是变流器中的一个重要元件,其好坏直接影响到整个变流器的寿命。工作温度是电容可靠性设计的重要方面,主要取决于环境温度和流过电容纹波电流有效值。假设直流母线电压无波动,输出电流为理想正弦的前提下,推导出了单相H桥变换器直流支撑电容电流的谐波频谱及有效值的解析表达式。从表达式可以看出,纹波电流主要取决于调制度、输出电流幅值和相位。利用MATLAB仿真可知,即使忽略了输出电流的纹波电流和母线电压波动,提出的推导结果与仿真结果吻合较好。因此该方法能有效解决单相/多相H桥PWM变换器的直流支撑电容设计问题。

级联H桥变换器的优化载波移相SPWM方法

载波移相PWM方法(CPS-SPWM)具有较好的输出性能,适用于级联H桥变换器的场合。但其直流电压利用率低,且在高压大容量变换器场合器件开关频率过高,导致损耗偏大。针对CPS-SPWM的优缺点和大容量级联H桥变换器的要求,提出了更适用于大容量级联H桥变换器的优化CPS-SPWM方法,提高了直流电压利用率、降低了开关频率。优化后级联H桥变换器仍可获得较好的输出性能。着重阐述了CPS-SPWM的原理,推导和分析了其输出性能。最后,在级联H桥变换器的仿真模型和试验样机上验证了所提方法的可行性和有效性。

基于级联H桥变换器的电池储能系统容错控制

基于级联H桥变换器的电池储能系统广泛应用于中压电网,以解决可再生能源接入电网引起的电能质量问题,由于级联H桥变换器中使用了大量功率开关器件,其可靠性问题至关重要。针对常见的单管开路故障,提出一种容错控制方法,使故障H桥模块不退出运行,由全桥模式无缝切换至容错模式并输出额定交流电压的一半。此外,为实现故障后所有H桥模块中电池单元的荷电状态均衡,在提出容错控制方法的基础上,提出了由总功率控制、容错控制、相间功率平衡控制以及相内功率平衡控制组成的4层系统控制方法。在MATLAB/Simulink软件中搭建了仿真模型,验证了提出控制方法的可行性和有效性。

电容箝位五电平H桥变换器拓扑及调制策略

在电容箝位三电平电路基础上,借鉴常规H桥级联电路结构,构建了电容箝位五电平H桥变换器,对该变换器拓扑结构采用梯形波脉冲宽度调制策略,即将单个三角载波信号与多个梯形波调制信号进行规则对称采样的方法进行控制。与其他常用脉冲宽度调制方法相比,该调制方法下的输出基波电压幅值更高。仿真结果表明,该拓扑结构和控制策略是可行的。

级联H桥变换器主动热控制下的谐波性能优化

针对级联H桥变换器主动热控制下不平衡运行时,钳位H桥模块在两倍载波频率附近产生大量谐波的问题,提出了一种级联H桥变换器主动热控制下的谐波性能优化策略。深入分析了变换器中钳位H桥模块热控制下输出电压的谐波失真,设计了基于H桥模块载波角来修正非常规PSPWM以消除了两倍载波频率边带谐波。利用级联H桥变换器样机开展了实验,测试结果为,采用谐波性能优化控制后,两倍载波频率附近主导谐波被消除,同时钳位H桥模块温度降低0.9℃。测试结果表明,主动热控制下的新型谐波性能优化策略可有效提高级联H桥变换器系统输出谐波性能,并实现H桥模块热均衡。

级联H桥变换器PWM线性调制区共模注入扩增

微电网孤岛运行时,作为接口设备的级联H桥变换器在实现诸如负序补偿等辅助功能时,可能需配置非正弦的脉宽调制(PWM)波。为避免过调制,PWM调制波中正序分量将减小,从而降低变换器最大正序输出电压。对此,提出了一种新颖的共模分量注入技术,以最大化扩增PWM线性调制区。新方案无需在控制器中设置查找表即可实时实施,即独立于控制器,并与任意基于载波的PWM兼容。同时,新技术可用于对称型或非对称型级联H桥,并配合容错PWM一起使用时,可实现变换器的故障容错运行。利用级联H桥变换器样机进行了共模注入PWM测试,实验结果验证了新型PMW线性调制区扩增共模注入技术的效果。

基于CoolMOS管的H桥变换器的设计

开关电源是目前使用数量最多的一种电力电子装置,功率开关是其核心。随着电力电子研究的不断深入,出现了一系列高性能的电力电子开关器件,以CoolMOS为代表的新型功率开关具有优良的转换速度和开关速度,导通电阻低等特点。因此,基于CoolMOS的相关变换器设计成为研究热点。本文首先对CoolMOS的结构、特性进行了简要分析,为变换器的设计奠定了重要基础;其次对整个变换器模型的主电路及控制电路进行具体设计,利用脉宽调制技术控制H桥;然后进行仿真设计,利用PWM技术结合桥臂电流反馈环节进行电流的闭环控制,整合为电流控制器,作为H桥的控制电路,运行后得到符合要求的输出波形信号,证明了本文设计的正确性与可行性。

基于光储混合配置的级联H桥型光伏逆变器功率平衡策略

级联H桥(cascade H-bridge,CHB)变换器由于其模块化结构,已成为大规模光伏(photovoltaic,PV)并网逆变器的优选方案。然而,在不同光照强度和温度下,不同区域PV组件之间发电功率不同,导致CHB变换器相间输出功率不均衡、不稳定等问题。为此,文中提出一种基于CHB结构的光储混合电能路由,在三相CHB光伏逆变器中配置少量的储能模块,利用光储协同控制,维持CHB内部功率稳定,消除分布式PV在相间产生的不均衡功率,且变换器输出功率能够时刻满足网侧上层功率调度,提高了光伏电站的稳定性。针对系统安全区域,在载波移相调制策略下,全桥子模块传输的功率受到约束,并对光伏和储能模块的配置作详细分析。最后,通过仿真以及实验验证所提拓扑及控制策略的正确性和有效性。

级联H桥储能变换器直流纹波电流的无源与有源抑制策略

级联H桥储能变换器直流纹波电流会给储能系统带来效率降低、寿命减少、并网谐波增大等不利影响。分析了电容滤波、LC滤波、LC串联谐振3种无源滤波电路抑制直流链纹波电流的方法,以及它们减小直流链纹波电流的可行性。提出了基于耦合变压器直流有源滤波电路的级联H桥储能变换器拓扑,利用直流有源滤波电路吸收直流链纹波电流,减少流入级联H桥储能变换器直流端口的纹波电流。最后,通过仿真验证了有源滤波方法减小直流链纹波电流的有效性。

中点钳位型H桥级联单相变换器均压SVPWM最优工作点转移路径研究

针对二极管中点钳位型单相级联变换器直流侧电压不平衡问题,提出一种新型空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)策略。其核心为在冗余矢量选择时引入过渡开关状态,使当前矢量逐渐切换到均压能力最强的矢量,避免开关动作时模块端口电压发生越级跳变所带来的危害,降低了变换器的开关频率。文章分析了该调制策略的计算方法,给出最优路径选择步骤,并设计了基于可编程逻辑器件的SVPWM算法的控制核心。最后,通过级联两模块实验系统验证了所提调制策略的均压能力及系统的动静态性能。

单相三电平H桥两模块级联变换器的一维均压SVPWM算法

针对两模块级联多电平变换器,提出一种利用冗余矢量实现均压的一维空间矢量脉宽调制算法。该算法根据当前作用矢量计算得到下一时刻的作用矢量,矢量的变化是在相邻矢量间进行选择,保证了端口电平不会发生越级跳变的现象,并同时保留所有冗余矢量,最终输出均压能力最强的矢量。给出了均压算法的实现过程,并分析了该算法无越级跳变的矢量变化路径。通过MATLAB/Simulink仿真和小容量实验对算法进行了验证,结果证明了该算法的正确性和可行性,系统动静态性能良好。

多级H桥并联变换器的谐波分析

在简要分析多重化变换器和多级H桥并联变换器系统特性的基础上,采用傅里叶分解的方法分析了多级H桥并联变换器消除低次谐波的机理,结果表明9个H桥并联变换器可以消除n=18k±1(k=1,2,3,…)次以外的谐波,具有减少对电网谐波污染的优点.最后,给出了PSPICE仿真和系统实验波形.

一种改进的CHB多电平变换器PWM调制策略

级联H桥CHB(cascaded H-bridge)多电平变换器是中压大功率电机驱动系统最广泛采用的拓扑,传统LS-PWM和PS-PWM不能很好地兼顾输入、输出电流的谐波性能,对比了CHB多电平变换器在这两种调制策略下的输入和输出THD,分析了两种方法下输入、输出波形产生区别的本质原因,进而探讨了一种局部载波移相PWM调制方法。该方法吸收了两种调制方法的优点,发挥PS-PWM调制时模块功率均衡和网侧输入电流谐波低的特点以及LS-PWM输出电能质量好的特点。最后,搭建了三相七电平CHB变换器实验平台,对局部载波移相PWM调制策略进行了验证。

并联级联H桥电源电流跟踪优化与环流抑制的模型预测控制

分布式控制在级联H桥(CHB)变换器并联的电源中可提升输出容量及可靠性。然而,常规分布式控制器可能由于硬件或控制参数的不匹配而导致输出功率不平衡,从而在CHB支路之间形成不稳定的环流,这将导致:①支路电流的稳定性与跟踪性能变差;②均流电抗器易饱和。对此该文提出一种基于Luenberger观测器状态重构的主从模型预测控制,所提策略可以实现参考电流跟踪和环流抑制的控制优化。此外,通过载波可以轻松实现级联H桥交错和并联控制器同步,从而固定开关频率。基于推导出的电流预测模型,当多个并联CHB支路具有不同的输出功率时,可以实现优化的电流跟踪响应并消除环流。仿真和实验结果验证了所提方法的有效性。

基于一致性算法的级联H桥直流变换器研究

针对多个H桥的接入和接出,造成各路变流器不均流均压问题,提出群系统一致性策略对群H桥模块进行协同控制。考虑H桥通信拓扑和信息交互权值以及H桥模块接入和接出系统等情况,分析了系统稳定特性,然后将所有H桥一致性信息与电压电流双闭环控制策略相结合,实现了群H桥电流状态快速一致和电压的稳定。通过Matlab/Simulink仿真结果表明,所提出的控制方案能有效地实现群H桥变流器的电流一致和电压稳定,提高系统的鲁棒性,对大规模的混合储能接入微电网有一定的理论意义。