多电平变换器

摘要： 针对低成本、高输出电能质量的电能变换需求,设计了一种开关数量减少的新型多电平变换器及其有限集模型预测控制器(MPC)。新型多电平变换器采用了两级变换,前级直流变换器产生了可变直流电压供后级逆变,从而可产生多电平输出。和传统多电平变换器拓扑相比,在实现多电平输出的同时,大量减少了开关器件数量。前级直流变换器采用模块化设计,通过配置不同子模块数量可得到不同的电平数。考虑到传统的调制策略不适用于此新型多电平变换器,故在对电路工作原理和开关状态分析的基础上,推导了系统预测模型并设计了用于整体控制的有限集MPC。利用构建的样机开展了实验,实验结果验证了新型多电平变换器及其MPC的可行性和输出性能。

摘要： 基于模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)的DC/DC变换器因其模块化结构,容易实现低中高压之间的电压转换而广泛应用于直流配电网。该文研究了一种基于模块化多电平变换器的电隔离双向DC/DC变换器,根据DAB变换器的典型两电平电压波形,提出了一种基于能量平衡的模块化多电平变换器调制方法,可以在离散水平上产生适应的电压增益,并对MMC桥臂子模块电压平衡关系和能量平衡关系进行了理论分析,最后通过仿真方法验证了所提出的基于能量平衡的模块化多电平变换器调制方法的性能要优于经典能量平衡策略。

摘要： 多电平变换器是电力电子领域的重要研究方向。针对多电平变换器中性点电压平衡控制,设计了实验教学案例。由于涉及功率开关器件、拓扑结构、电路分析、变换器建模、调制与控制等知识,多电平变换器的学习要求学生具有一定的背景知识。对于广泛应用的中性点钳位型变换器,直流侧电容器的电压平衡控制是保障系统安全稳定运行的关键技术之一。基于嵌套式中点可控型五电平变换器,对其中性点电压平衡问题展开讨论。通过循序渐进的课程设置,让学生从原理到实践了解并掌握相关知识;鼓励学生进一步在拓扑结构、调制算法和控制策略等方面提出自己的优化思想和创新思路。

摘要： 针对参考矢量解耦的双端级联多电平变换器调制策略,提出一种直接在脉冲产生环节实现参考矢量解耦的方法,可有效简化算法、保证脉冲同步,并且可以和任意单端变换器的调制策略配合使用,具有通用性。结合双两电平级联三电平变换器、双三电平级联五电平变换器,分别给出180°,120°脉冲解耦调制策略的具体实现方法。通过最大线性调制度、直流电压利用率、零序电压消除效果等方面的对比分析,得到120°脉冲解耦调制策略更加适用于共直流母线双端级联多电平变换器的结论。仿真和实验结果验证了所提双端级联多电平变换器脉冲解耦调制策略的有效性。

摘要： 在高压变频传动领域,共模电压问题尤为突出.首先以有源中点箝位型五电平(ANPC-5L)逆变器为例进行分析,提出了一种基于简化空间矢量的多电平逆变器共模电压的抑制方法.通过建立变换器输出共模电压的数学模型,分析多电平变换器各开关状态与共模电压之间的关系,以最小共模电压为控制目标剔除不满足要求的开关状态,从而减少多电平电压空间矢量对应冗余开关状态的数量.得益于冗余开关状态数量的降低,不仅共模电压得到了很好地抑制,同时还极大地降低了多电平电压空间矢量脉宽调制策略的实现难度.最后通过实验结果验证了所提共模电压抑制方法的正确性和有效性.

摘要： 矩阵变换器是一种新型交-交直接功率变换器,不需要中间直流环节,能够产生正弦的输入输出电流,并且输入功率因数和输出频率可调,具有能量双向流动特性,因此矩阵变换器在未来中压大功率海上风电中具有良好的应用前景.研究了一种基于三相-单相矩阵变换器的模块化变换器在海上风电中的应用,并对其控制策略进行了研究,该变换器随着级联单元数的不同可以输出任意多电平波形,相比于传统的级联H桥变流器,它没有中间的直流电容,所以显著提高了变流器的功率密度.最后利用Matlab/Simulink搭建了利用该变换器的永磁直驱型风机仿真模型,并对其拓扑和控制策略的有效性进行了验证.

摘要： 矩阵变换器是一种新型交-交直接功率变换器,不需要中间直流环节,能够产生正弦的输入输出电流,并且输入功率因数和输出频率可调,具有能量双向流动特性,因此矩阵变换器在未来中压大功率海上风电中具有良好的应用前景。研究了一种基于三相-单相矩阵变换器的模块化变换器在海上风电中的应用,并对其控制策略进行了研究,该变换器随着级联单元数的不同可以输出任意多电平波形,相比于传统的级联H桥变流器,它没有中间的直流电容,所以显著提高了变流器的功率密度。最后利用Matlab/Simulink搭建了利用该变换器的永磁直驱型风机仿真模型,并对其拓扑和控制策略的有效性进行了验证。

摘要： 多电平变换器具有输出电能质量好、输出电压高、功率因数可调等优点,被广泛应用于电力系统中的有源滤波和无功补偿中,现有的数据电能数据会出现两边功率不同,严重影响了后端的电能输出,从影响整个电网的电能质量.本文所设计的太阳能多电平变换器可通过主控通过控制双有源全桥DC-DC变换器的相位移动控制光伏前置电路输出到对称两端的电压,从而保障了对称两端的电压平衡.

摘要： 近年来,随着多电平高压变频器应用范围的扩大,专家学者们提出了各种拓扑结构和控制策略.为了降低高压器件的开关频率和减少开关损耗,并尽量降低输出电压及电流的谐波含量,常采用阶梯波输出控制.在阶梯波控制中,触发角度的选取是影响电压输出谐波的关键因素.文章对三种常见的多电平变换器阶梯波算法进行了比较分析,以确定最佳触发角度,为相关研究人员提供参考.

摘要： 多电平变换器在中高压大功率电能变换领域已得到广泛的应用.该文针对中压电能变换领域,提出V形钳位多电平变换器(VMC)拓扑族.在现有IGBT电压等级的条件下,该拓扑族采用较少数量的器件就可以实现中压大功率电能变换,结构简单;同时该拓扑族无需飞跨电容,降低了系统控制复杂度.首先提出VMC拓扑族的构成,包括拓展方式、一般形式以及演化类型;在此基础上研究VMC工作原理及控制方法,分析直接钳位机制和阻断电压分配问题.考虑目前商业主流功率器件电压等级,针对拓扑结构特点,揭示适宜VMC的电压等级;最后通过仿真和实验结果验证了所提拓扑族及控制方法的可行性,也进一步证明了该文理论分析的正确性.

摘要： 多电平变换拓扑因其器件应力低、电压/电流谐波含量少、开关频率低等优点在中高压大功率变换领域广泛应用.然而,随着电平数的增加,电路元器件数量大幅增加,在日益复杂的应用工况易引发电力电子装置故障,降低了电力变换装置的可靠性.探索器件数量少、综合性能优的多电平变换器衍生方法成为学术界和工业界的重要研究方向.论文在现有基本单元串-并(并-串)组合生成多电平及统一拓扑退化导出多电平等方法的基础上,提出基于拓扑嵌套原理的多电平变换器构建新方法,借助开关管、钳位管和电容等元器件的相互配合,形成具有器件复用能力的多电平变换器新拓扑.利用二极管钳位型(NPC)变换器、飞跨电容型(FC)变换器和T型变换器等基本多电平结构作为嵌套组合对象,衍生出系列嵌套型多电平变换器拓扑族,并详细分析和比较了其与传统多电平变换器的性能.最后,在理论分析基础上,搭建一种典型嵌套型五电平拓扑实验平台,实验结果验证了嵌套型多电平变换器拓扑形成方法的可行性和优势.

摘要： 本文主要介绍多电平变换器的拓扑结构,重点分析了模块化多电平变换器的不同控制策略.同时,本文提出了基于IGBT的三相五电平变换器孤岛运行时的分级控制策略,采用电压、电流双闭环控制,子模块电容电压平衡控制,下垂控制和二次控制相结合的控制方法,仿真结果验证了所提结构的稳定性和有效性.最后,文章对多电平变换器及其控制策略的发展趋势进行了展望和总结,为模块化多电平技术在电力系统中的应用提供了参考.

摘要： 粒子群算法已经被广泛地用来求解特定谐波消除方程组,但是它在CPU上的执行效率较低,满意满足实际需求.本文将粒子群算法并行化并将其在GPU上运行以提高执行效率.文中使用GPU加速的粒子群算法求解了5到7个不等电平的特定谐波消除方程组,其执行效率比其在CPU上的执行效率高数百倍.通过实验,求解所得开关角的正确性也得到了验证.

摘要： 多电平变流器模型规模大，实时仿真硬件需要减小传输延迟，建模方式会直接影响仿真效率。通过理想开关模型提高稳定性，采用等效模组简化桥臂模型，采取并行运算以保持大系统仿真高速运行，通过简单的方式实现多物理环境耦合。

摘要： 多电平变换器有着低开关器件耐压需求、输出波形质量优秀等优势而得到越来越多的应用,人们对多电平技术的研究也使电平数的提高成为一个重要的发展方向,而电平数的提升也带来了控制算法复杂化.本文在对传统多电平空间矢量算法进行分析的基础上,为了解决传统算法对电平数提升、开关频率提升的限制、对控制系统资源的大量占用以及窄脉冲的形成,提出了一种基于伏秒再平衡的空间最近矢量算法,并重点分析了此算法在三电平下的实现方式.最后,通过仿真与实验验证了算法的可行性.

摘要： 为了进一步提升大规模光伏发电系统的整体效率,本文提出了一种全直流光伏发电系统.该系统主要由用以实现光伏系统最大功率输出并建立高压直流母线的级联DC-DC变换器部分和用以实现高压大功率逆变的MMC两部分构成.本文重点研究了MMC的工作原理,建立了MMC的状态空间开关模型及交流小信号模型.基于对MMC模型的降阶解耦处理,设计了基于载波移相调制技术的MMC电压外环电流内环双环三相并网控制策略.本文设计了一个4kV直流母线5电平MMC仿真系统,仿真结果验证了该系统的可行性,得到了优异的稳态性能和快速的动态响应能力.

摘要： 多电平变换器在高压大容量场合得到了广泛的应用，级联H桥型变换器模块化程度高，扩展性好，在6kV以上场合优势明显。为了实现四象限运行，并省去传统的工频变压器，本文提出一种基于高频变压器的背靠背H桥级联型变换器拓扑，采用多绕组高频变压器代替了多绕组工频变压器，从而显著节省了体积、重量和成本。通过对变换器的协调控制，可以实现能量的双向流动。文中给出的实验结果验证了拓扑的可行性和控制策略的正确性。

摘要： 多电平变换器可以提高变换器的输出电压，降低du/dt，改善输出波形的谐波质量，因此得到了广泛的应用。本文将有源中点箝位型变换器与H桥型变换器结合，得出一种可以输出五种电平的新型变换器拓扑。分析了该拓扑的电容电压平衡问题，提出了相应的调制策略。实验结果表明，该拓扑可以实现五电平输出，本文提出的调制算法可正常工作，并实现对电容电压的平衡控制。

摘要： 本文针对多电平功率变换电路在中压、大功率应用场合因其所具有的良好性能而获得广泛的关注的情况，简单介绍了多电平变换器的种类，及H桥级联结构的优点，并完成了基于H桥级联变流器的功率单元的硬件电路及软件设计。本文详细介绍了硬件电路各主要部分所采用的芯片及实现的功能，并进行了相关实验验证。该功率单元选择CPLD作为核心控制芯片，可以很好的实现故障监测、故障处理及IGBT的驱动保护等功能。

摘要： 采用蓄电池和超级电容的储能单元是电动汽车中的重要部分.本文提出了一种新型的混合级联型多电平充放电电路拓扑结构,储能单元的连接方式不再是传统的直接串并联,而是由每个桥臂单独控制储能单元后进行级联.将传统的均压电路和充放电控制电路合并为一个电路.由于每个储能单元是独立控制的,所以能够实时实现均衡,既能够保护储能单元,也能提高储能单元的利用率.该电路拓扑输出为多电平电压,可以减小逆变器输出的dv/dt对电机绝缘的影响,并且谐波含量少,提高控制性能.分析了电路拓扑的控制策略,并以铅酸蓄电池为例进行了实验,结果表明了该新型储能系统拓扑的合理性和优越性.

摘要： 本发明公开了一种多电平全桥变换器及多电平隔离式双向DC‑DC变换器。本发明提供的多电平全桥变换器中采用了单相飞跨电容嵌位三电平桥臂，两个交流端子之间可以产生五电平输出电压状态，与传统的采用两电平桥臂的全桥变换器相比，输出电压能力提高了一倍，提高了隔离式双向DC‑DC变换器的输出电压等级，解决了当前的DC‑DC变换器中的全桥变换器只能输出两电平，使实现高压大容量的双向DC‑DC变换器困难，应用范围受到限制的技术问题。

摘要： 一种电压源变换器(30)，用于互连第一和第二电网(44，46)，该电压源变换器(30)包括：第一和第二端子(32，34)，用于连接至第一电网(44)；以及初级变换器臂(36a)，在第一和第二端子(32，34)之间延伸，初级变换器臂(36a)包括由第三端子(42)分隔开的第一和第二初级臂部(38，40)，第三端子(42)能够连接至第二电网(46)，每个初级臂部(38，40)包括至少一个开关元件(50)和/或第一链式变换器，每个初级臂部(38，40)能够操作以被切换进和切换出在第三端子(42)与第一和第二端子(32，34)中的相应一个之间的电路，每个初级臂部(38，40)能够操作以在第三端子(42)与第一和第二端子(32，34)中的相应一个之间传送电力；至少一个第二链式变换器(58)，连接至第三端子(42)，所述或每个链式变换器(58)包括多个链式模块(60)，多个链式模块(60)中的每一个能够选择性地操作以提供电压源，其中所述或每个链式变换器(58)包括控制单元，配置为选择性地操作多个链式模块(60)以产生不连续脉冲宽度调制电压波形；以及控制器(62)，配置为选择性地操作所述或每个链式变换器(58)以控制在第三端子(42)处的不连续脉冲宽度调制电压波形的形态，控制器(62)包括所述或每个控制单元，控制器(62)被配置为在不连续脉冲宽度调制电压波形的相应未调制时间段期间选择性地控制将每个初级臂部(38，40)切换进在第三端子(42)与第一和第二端子(32，34)中的相应一个之间的电路，控制器(62)被配置为选择性地协调初级臂部(38，40)和所述或每个第二链式变换器(58)的操作以控制在第三端子(42)处的不连续脉冲宽度调制电压波形的形态。

摘要： 本发明公开了一种ANPC型三电平变换器调制方法和ANPC型三电平变换器，该ANPC型三电平变换器包括控制器和主电路，其中主电路包括以ANPC拓扑连接的第一、第二、第三、第四、第五和第六开关管，控制器用于根据特定的调制方法向主电路输出调制信号，以控制各开关管开通或关断，采用此处的调制方法对变换器进行调制，可以令切换过程中出现的长换流回路的电流降低为总电流的一半，有效降低开关应力，降低寄生电感，避免开关管损坏，并可使得会发生长换流回路的开关管集中于第五开关管和第六开关管，从而减少会发生长换流回路的开关管数量和范围。

摘要： 本发明公开了一种ANPC型三电平变换器调制方法和ANPC型三电平变换器，该ANPC型三电平变换器包括控制器和主电路，其中主电路包括以ANPC拓扑连接的第一、第二、第三、第四、第五和第六开关管，控制器用于根据以下调制方法向主电路输出调制信号：在一个开关周期中，在变换器处于逆变模式且电平状态在负电平和零电平间彼此切换时，控制第六开关管先于第二开关管开通且后于第二开关管关断；在变换器处于整流模式且电平状态在正电平和零电平间彼此切换时，控制第五开关管先于第三开关管开通且后于第三开关管关断；采用该调制方法对变换器进行调制，可以令切换过程中出现的长换流回路的电流降低为总电流的一半，有效降低开关应力，降低寄生电感，避免开关管损坏。

摘要： 一种多电平变换器，包含单相配置。单相配置具有由耦合到DC链路的第一电容器分离的第一半桥(HB)模块、第二HB模块，以及钳位到第一HB模块和第二HB模块的中点钳位(NPC)模块。此外，单相配置具有第一单独开关器件和第二单独开关器件，第一单独开关器件可操作地连接到第一HB模块和NPC模块，并且第二单独开关器件可操作地连接到第二HB模块和NPC模块。变换器还包含功率输出组件，功率输出组件包括多相并且提供多相交流(AC)功率，其中单相配置向功率输出组件的多相中的一相提供功率。

摘要： 本公开提供一种多电平变换器的控制方法，其中多电平变换器包括n个级联的功率模块以及与n个功率模块耦接的控制模块，包括：根据多电平变换器的工作状态，对开始工作、需要更新输出状态或者停止工作的功率模块分组，以形成m个功率模块组，n≥m≥1；控制同一功率模块组的功率模块同时开始工作、同时更新输出状态或同时停止工作，并且按照预设时间间隔依次控制m个功率模块组开始工作、更新输出状态或者停止工作；其中，每个功率模块组的功率模块的数量小于等于预设值，以使得每个功率模块组的输出电平跳变小于等于预设电压值。本公开实施例通过控制各功率模块的输出电平跳变来控制共模电压的跳变幅度，可以减小共模干扰。

摘要： 一种多电平变换器(10)，包含具有多个相(U、V、W)的供电组件，以及具有第一电力电池(12)和第二电力电池(12)的电力电池组件。第一电力电池(12)和第二电力电池(12)具有相同的拓扑和相同的电流额定值，并向供电组件的多个相(U、V、W)供电。多个相(U、V、W)中的每一个相均包含电力电池组件的第一电力电池(12)和第二电力电池(12)，第一电力电池(12)和第二电力电池(12)的电压额定值不同。此外，公开了一种用于控制多电平变换器(10)的方法和包括多电平变换器(10)的电驱动系统(1)。

摘要： 一种多电平变换器，包含单相配置。单相配置具有由耦合到DC链路的第一电容器分离的第一半桥(HB)模块、第二HB模块，以及钳位到第一HB模块和第二HB模块的中点钳位(NPC)模块。此外，单相配置具有第一单独开关器件和第二单独开关器件，第一单独开关器件可操作地连接到第一HB模块和NPC模块，并且第二单独开关器件可操作地连接到第二HB模块和NPC模块。变换器还包含功率输出组件，功率输出组件包括多相并且提供多相交流(AC)功率，其中单相配置向功率输出组件的多相中的一相提供功率。

摘要： 本公开提供一种多电平变换器的控制方法，其中多电平变换器包括n个级联的功率模块以及与n个功率模块耦接的控制模块，包括：根据多电平变换器的工作状态，对开始工作、需要更新输出状态或者停止工作的功率模块分组，以形成m个功率模块组，n≥m≥1；控制同一功率模块组的功率模块同时开始工作、同时更新输出状态或同时停止工作，并且按照预设时间间隔依次控制m个功率模块组开始工作、更新输出状态或者停止工作；其中，每个功率模块组的功率模块的数量小于等于预设值，以使得每个功率模块组的输出电平跳变小于等于预设电压值。本公开实施例通过控制各功率模块的输出电平跳变来控制共模电压的跳变幅度，可以减小共模干扰。

摘要： 本实用新型公开了一种四电平AC‑AC变换器及由其拓展得到的任意整数电平AC‑AC变换器，包括交流输入电源、三绕组变压器、四电平变换单元、输出滤波器和交流负载；四电平变换单元包括第一至第六四象限开关管和第一、二飞跨电容；第一飞跨电容跨接在第二、三四象限开关管之间的第二节点和第四、五四象限开关管之间的第四节点之间，第二飞跨电容跨接在第一、二四象限开关管之间的第一节点和第五、六四象限开关管之间的第五节点之间；三绕组变压器的第一副边绕组与第一飞跨电容并联，第二副边绕组与第二飞跨电容并联。本实用新型既能保证输出电压可在全占空比范围内调节，又能避免多电平变换器飞跨电容的控制问题，与两电平相比，还可以使得开关管的电压应力降低至原来的1/3倍。