单相高频链矩阵逆变器解结耦SPWM策略及实现

单相高频链矩阵式逆变器由直流输入侧单向开关H桥逆变器、高频变压器和交流输出侧矩阵变换器三部分构成。针对矩阵式变换器如何实现阻感性负载安全换流的关键问题,结合研究对象拓扑结构的特点,运用解结耦分析思想,提出一种新的解结耦SPWM调制策略。文中阐述了该方案协调工作的控制原则,设计了相应的开关组合逻辑,详细分析了SPWM高频开关工作周期内电路的工作模态,总结了其切换规律,进行了相关的软件仿真和实验验证。研究结果表明,该策略可较为有效地解决高频链矩阵式逆变器的阻感性负载换流问题,且可以实现软开关动作。

三相高频链矩阵式逆变器的HPWM调制策略原理与实现

安全换流是制约矩阵式变换器实用化的关键问题,高频链与矩阵变换器相结合时,高频变压器环节更为换流增添了复杂因素。本文就三相高频链矩阵式逆变器的换流问题展开研究,针对电路拓扑的结构特点,运用解结耦思路以常规逆变器的角度分析和控制矩阵变换器,提出一种新型无谐振的混合脉宽调制策略,构建了核心的调制组合逻辑,详细分析了变压器高频交流周期内变换器的工作状态。运用该调制策略可以在没有任何辅助检测环节的条件下有效解决双向开关固有的换流问题,且能实现开关零电压或零电流动作。仿真和实验一致验证了所提出的调制方案和所设计的实现逻辑是可行与实用的。

一种用于三相高频链矩阵式逆变器的SPWM方法

高频链矩阵式逆变器(High Frequency Link Matrix Inverter,简称HFLMI)是一类可实现直流侧与交流侧电气隔离的高功率密度变换器,针对矩阵式逆变器的双向开关特征,运用解结耦分析思想,研究了一种新的适用于三相HFLMI的解结耦正弦脉宽调制(SPWM)策略。阐述了所提方案的基本控制思路,详细分析了在前级逆变器高频开关工作周期内高频链逆变电路的工作模态,给出实验结果。相关工作验证了解结耦SPWM的可行性与有效性。

并联高频脉冲直流环节逆变器研究

提出了基于占空比扩展有源钳位正激式高频脉冲直流环节逆变器的并联逆变器电路结构,并对其电路拓扑、稳态原理、三态DPM电流滞环控制技术、均流原理、关键电路参数设计进行了深入的分析研究。这类并联逆变器,由N个共用电压外环、独立电流内环的占空比扩展有源钳位正激式高频脉冲直流环节逆变器模块构成。设计并研制成功的3kVA27VDC/115V400HzAC并联逆变器样机,具有体积重量小、变换效率高、静态精度高、动态响应快、输入电压变化范围宽、输出波形质量高、并联均流效果好、负载适应能力强、过载与短路能力强等优良的性能,在大功率逆变场合有重要应用价值。

HFLMI并联系统改进虚拟阻抗及功率滤波新方法

为改善传统逆变器应用中需要采用工频变压器实现电气隔离和电压匹配,从而导致并联系统体积大、重量沉、效率低、动态响应特性差、及音频噪声大的缺点,以三相高频链矩阵式逆变器(HFLMI)为功率接口,在研究三相高频链矩阵式逆变器HFLMI并联的基础上提出一种新的功率滤波方法,该方法采用二阶广义积分器(SOGI)对坐标变换后的采样电压、电流进行滤波,用滤波后的量进行功率的计算。针对传统虚拟阻抗控制易使并联系统对电流噪声高度敏感的问题,研究基于SOGI的虚拟阻抗控制与改进前级功率滤波相结合的控制方法。仿真和实验验证所提控制方法的可行性和有效性。

基于拓扑解耦的矩阵式高频链逆变器控制新方法

针对矩阵式高频链逆变器复杂的拓扑结构,提出了一种基于拓扑解耦思想的新型控制策略。根据高频逆变桥生成高频电压波形的极性,将单相交流变换到三相交流的矩阵变换器拓扑解耦成2个常规的三相电压源逆变器,从而可将常规电压源逆变器的控制策略引入到对矩阵变换器的控制中。与应用矩阵变换器的交/直/交等效模型和优化控制算法相比,拓扑解耦控制策略从矩阵变换器拓扑本身入手,原理实现简单,并能极大简化对矩阵变换器的分析过程。为便于系统理论分析,提出了"双向桥臂"概念。应用Saber仿真软件进行了仿真研究,并搭建实验样机进行了实验验证,结果表明该控制方法能获得良好的输出电压波形,验证了所提控制策略的正确性。

双Boost逆变及用于高频链矩阵式逆变器

适应高频链能量变换的特点,提出一种新型双Boost高频逆变电路,该拓扑由两个全控开关和两个储能电感构成,通过占空比大于0.5的控制方法实现高频升压及逆变输出。相对普通的全桥高频逆变电路,该拓扑可减少开关个数以提高变换效率,缩小高频变压器变比进而减小其体积和分布参数,因此可广泛应用于具有高频逆变要求的电路中。在分析其结构特点及工作原理的基础上,提出一种以双Boost高频逆变电路与典型三相输出型高频链矩阵变换器相结合的新拓扑,详细分析了Boost电感电流连续模式(CCM)下该电路高频开关周期内的工作状态,给出了相应的仿真和实验波形,结果证实了该拓扑在高频链能量变换器中应用的可行性及其控制方案的合理性。

准单级单向Buck直流变换器型高频链并网逆变器

提出准单级单向Buck直流变换器型高频链并网逆变器电路结构与拓扑族。其电路结构是由单向隔离Buck直流变换器和极性反转逆变桥级联构成;其拓扑族包括推挽正激式、双管正激式、并联交错双管正激式、半桥式和全桥式电路。深入分析研究类逆变器的电路拓扑、电流瞬时值控制策略、稳态原理特性和关键电路参数设计准则。以推挽正激式拓扑为例,设计并研制出1kW48VDC/220V50HzAC并网逆变器样机。研究结果表明,此类逆变器具有高频电气隔离、电路结构简洁、准单级功率变换、变换效率高、极性反转逆变桥功率开关电压应力低且为ZVZCS、并网电流质量高等优点。

不平衡工况下并联高频链矩阵式三相四桥臂逆变器分序控制

为了改善并联系统在不平衡工况下出现的输出电压不平衡、功率不均分的问题,提出了一种针对三相四桥臂逆变器的分序控制方法;同时,为了削弱三相四桥臂这种带中线的系统固有的共模电压干扰问题,采用了高频链矩阵式三相四桥臂的拓扑结构。由于系统中的零序分量全部流经第四桥臂,故可将第四桥臂与前三桥臂分开进行独立控制;为了实现并联系统各逆变器的容量匹配,提出在前三桥臂上采用两相静止坐标系下无耦合的虚拟阻抗相匹配的下垂控制,而第四桥臂采用独立虚拟电阻控制的方案。与传统方案相比,该方案优化了虚拟阻抗设计结构的同时解除了各坐标轴间的耦合,方便了闭环控制器的设计,同时还能在一定程度上滤除电流噪声,提高输出电压质量。最终可在实现不平衡工况下并联高频链矩阵式三相四桥臂逆变器系统输出电压平衡的同时按容量分配负载消耗的功率。仿真和实验验证了该方法的可行性和正确性。

基于软开关技术的高频链并联逆变器的设计

软开关技术和并联控制技术是当今逆变器技术发展的重要方向。针对逆变器软开关技术、无连线并联技术展开相应研究,设计了基于DSP的高频链逆变电源。所设计的高频链逆变电源采用全桥全波式拓扑结构,主电路由全桥逆变部分、高频变压器、周波变换器以及输入、输出滤波部分构成,实现了逆变器的零电压零电流软开关。系统采用改进的PQ算法实现了逆变器的并联控制,从而有效的解决了基本PQ下垂法在非线性负载时均流效果差的缺陷。仿真实验结果表明,该软开关并联逆变器系统设计合理可行、性能稳定、可靠,具有良好的动态和稳态性能。

组合整流式高频环节逆变器

根据并网逆变器轻型化和需要电气隔离的要求,提出一种组合整流式高频环节逆变器。给出了该逆变器各开关器件控制信号产生的方式和逆变器主要的波形。分析了电路的工作模态。根据对变压器输入电压和逆变器输出电压波形的傅里叶分解,指出逆变器工作于高频状态,而逆变器输出电压可以采用LC滤波器得到正弦电压。比较了组合整流式逆变器和单极性高频脉冲交流环节逆变器,得出各自的优缺点。实验结果表明了所提逆变器具有优良的性能,适用于并网逆变器。

一种基于并联谐振的高频隔离型并网逆变器

针对DC-DC变换型高频隔离型逆变器中开关损耗大、电压尖峰大、稳定性差的问题,提出由并联谐振与传统DC-DC变换型逆变器相结合的新型逆变器电路拓扑。该逆变器可以实现高频功率器件的零电压开通、体二极管和整流二极管的软关断,从而消除功率器件的开关尖峰,减小逆变器的损耗。详细介绍电路的工作过程和各开关器件软开关原理,同时建立电路的谐振等效模型,以及谐振参数对增益和软开关的影响关系,给出谐振参数的设计原则。为了消除由于加入死区而引入的低次谐波,在控制系统中添加了死区补偿,以提高逆变电流质量。最后制作实验样机,经过实验验证电路拓扑和控制策略的正确性。

DC/AC并联高频软开关逆变电源

分析研究了主从模块法并联高频软开关逆变电源的电路拓扑、稳态原理、三态离散脉冲调制(DiscretePulseModulation,DPM)电流滞环控制技术、均流原理和关键电路参数设计。设计并研制成功的3kVA27VDC/115V400HzAC样机,具有体积重量小、变换效率高、静态精度高、动态响应快、输入电压范围宽、输出波形质量高、并联均流效果好、负载适应能力强、过载与短路能力强等优良性能,在大功率逆变场合具有重要应用价值。

BLDCM高频链驱动器的三三换相信号构造及运行

为克服传统非隔离型三相逆变器驱动无刷直流电机(BLDCM)三三导通运行时潜在的桥臂直通短路问题,研究了高频链矩阵式逆变器驱动BLDCM三三导通控制,采用基于方波的解结耦调制实现了矩阵变换器的安全换流。针对三三导通换相信号与霍尔位置信号跳变沿不重合,不能直接通过霍尔位置信号提供换相信号的问题,提出了通过对霍尔位置信号六倍频获得三三导通换相信号的构造方法。分析了高频链矩阵式逆变器在一个扇区内的工作模态,阐述了新型换相信号构造原理,在Matlab/Simulink仿真的基础上进行了实验验证。

一种基于2倍频锁相的锁相环技术及并网应用

基于解结耦思想,建立矩阵式高频链逆变器数学模型。针对不平衡电网,提出2倍频锁相方案,对电网电压正序分量产生的2倍频交流量进行锁相,消除负序分量带来的影响,提高正序分量信息的检测速度和精度。采用电流平衡并网控制方法设计高频链并网逆变器并网控制系统,并采用DFF-PLL和DSOGI-PLL两种锁相方法对比研究。Matlab软件仿真结果表明在不平衡电网情况下,采用2倍频锁相方法和电流平衡控制策略建立矩阵式高频链逆变器并网系统的可行性,同时验证了DFF-PLL在速度和精度方面的优越性。

双极性移相控制矩阵式高频链逆变器的研究

针对双向高频逆变器固有的电压冲击和开关损耗问题,采用一种双极性移相控制策略:前级H桥逆变器将直流电压调制成高频矩形波,然后由矩阵变换器解调成双极性SPWM波,经输出滤波后得到正弦波电压。在稳态下,用分析Buck变换器外特性的方法来分析单相矩阵式高频链逆变器的外部特性。通过软件仿真验证了此控制策略的正确性。

高频链三相四桥臂矩阵逆变器及其桥臂控制

为解决不平衡负载工况下三相三桥臂逆变器输出电压不平衡问题,提出一种高频链(HFL)三相四桥臂矩阵逆变器结构及其控制方法。所提结构不仅具有较好的带不平衡负载的能力,而且由于拓扑中高频变压器的存在还可实现逆变器输入侧与输出侧电气隔离,从而保证设备和人员安全。首先介绍了HFL三相四桥臂矩阵逆变器的拓扑结构,进而研究适用于该拓扑的解结耦正弦脉宽调制(SPWM)策略,并基于该策略分析电路工作模态,然后介绍了HFL三相四桥臂逆变器的桥臂控制原理,最后通过实验验证了所提方案的可行性和有效性。

交错并联反激式准单级光伏并网微逆变器

独立光伏组件的微型逆变器能有效克服传统光伏系统存在的阴影问题。详尽介绍了某型准单级式交错并联微逆变器的设计、分析及其控制策略。该微型逆变器基于高频环节逆变技术,有效实现了初、次级电气隔离,解决了漏电流问题;采用有源箝位技术吸收漏感能量,实现了开关管的零电压开关(ZVS);采用变步长的扰动观察法实现最大功率点跟踪(MPPT),输入电压前馈方法可解决准单级式微逆母线电压崩溃问题。220 W样机实验验证了该方案及控制策略的可行性,整机MPPT效率为99.5%,最高效率达到95%。

三相航空中频电源控制策略研究

针对航空用矩阵式高频链中频逆变电源的拓扑结构,提出了一种解结耦的SPWM控制策略,并给出了详细的数学推导。根据高频变压器输出侧电压脉冲的极性,将矩阵变换器等效成两个常规的三相逆变器,从而将单向高频链逆变器的控制策略引入到矩阵式高频链逆变器中。与其传统的矩阵变换器的换流策略相比,基于解结耦的控制策略易于实现,容易分析其工作原理。经过数学推导证明了此策略的可行性,并运用matlab/simulink仿真软件进行仿真研究,输出电压波形谐波含量低,验证了控制策略的正确性。

推挽正激高频环节并网逆变器研究

并网逆变器作为并网发电技术的核心部分,其性能的好坏直接影响着并网发电的效率高低。本文提出了一种推挽正激高频环节并网逆变器的电路结构及其控制策略,并给出了关键电路参数的计算公式。仿真结果表明,该电路结构和控制策略能够实现并网逆变的功能。