单相中点箝位开关电容多电平逆变器及其控制
发布时间：2021-10-30 01:46
提出一种单相电压源中点箝位开关电容多电平逆变器,该逆变器利用直流母线箝位电容对电源电压进行分割,通过控制电源与电容的串并联实现逆变器多电平输出,并且可以通过扩展进一步提高逆变器的输出电平数量和电压增益。为实现电容的电压平衡,同时降低其电压纹波,逆变器的调制过程考虑了开关的冗余状态,且开关管之间互补工作,调制策略简单。对所提逆变器的工作原理、调制策略、电容电压及相关参数进行了详细分析,并给出了拓扑结构的扩展方法。最后,分别通过仿真和实验,对所提逆变器的稳态性能和动态性能进行了验证。
【文章来源】：电力自动化设备. 2020,40(07)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
所提逆变器的拓扑结构
图2为电容在逆变器一个输出周期内的工作波形，其中第一图为M=0.9时逆变器输出的理想电压波形。图中，VCa、VCb、VC1分别为电容Ca、Cb、C1电压值；Δt Ca、Δt Cb、Δt C1分别为电容Ca、Cb、C1最大连续放电时间。从图中可以看出，在载波层叠调制的固定调制比下，逆变器的输出电平在正负半周期是相互对称的，且各对称电平的输出占空比相等，因此逆变器在正半周期输出电平为Vdc/2和3Vdc/2时，分别与负半周期输出电平为-Vdc/2和-3Vdc/2的时间对称相等。根据伏秒平衡原则，只需选用合适的开关冗余状态，保证在逆变器工作的正负半周期电容Ca和Cb充放电状态的对称互补性，即可实现二者在整个工作周期的电压平衡。同时，为了尽可能地降低两分压电容的电压纹波，本文选择在逆变器的一个输出周期内，控制电容Ca与Cb交替充放电的工作方式以减小其连续放电时间。所提逆变器选用的开关状态和电容充放电状态如表1所示。
当逆变器前级开关管S1和S4导通、S2和S3关断时，母线直流电源放电，提供所需的输出电平Vdc；当拓扑前级开关管S1和S3导通、S2和S4关断时，母线电容Ca放电，提供所需的输出电平Vdc/2；当拓扑前级开关管S2和S4导通、S1和S3关断时，由母线电容Cb放电，提供所需的输出电平Vdc/2。当逆变器的输出电平为±Vdc时，拓扑中间级开关管Sj1和Sj3导通，Sj2关断，电容Cj与直流电源处于并联状态（j=1,2，…，n，其中n为扩展开关电容单元的总数），并被充电至电源电压Vdc。从以上分析可知，当逆变器工作时，直流母线电路可提供的电平为Vdc/2和Vdc，每级开关电容电路可提供的电平均为Vdc。通过选择合适的直流母线电路放电方式和开关电容的串联数量，然后经过后级全桥电路的输出极性转换，在负载侧可以获得0、±Vdc/2、…、±（n+1)Vdc共4n+5个输出电平。
【参考文献】：
期刊论文
[1]单相二极管箝位三电平逆变器死区时间补偿技术[J]. 罗登,林宏健,舒泽亮. 电力自动化设备. 2018(08)
[2]光伏微型逆变器拓扑结构研究与分析[J]. 汪飞,徐新蔚,吴春华. 电力自动化设备. 2018(03)
[3]二极管箝位三电平逆变器共模电压抑制技术[J]. 吕佃顺,许洪华. 电力自动化设备. 2018(01)
[4]一种新型七电平有源中点钳位型逆变器的拓扑结构及其换流策略[J]. 绳伟辉,葛琼璇. 中国电机工程学报. 2017(23)
[5]级联多电平H桥逆变器的同相层叠型SPWM脉冲分配方法[J]. 章勇高,熊健. 电力自动化设备. 2017(07)
[6]面向欧洲效率增强的在线拓扑可变型光伏发电并网逆变系统[J]. 骆林松,田慧欣,吴凤江. 电力自动化设备. 2016(10)
[7]一种具有高性价比的五电平逆变器拓扑[J]. 张云,孙力,吴凤江,严冬. 电机与控制学报. 2008(04)
[8]一种新型四象限级联型多电平逆变器拓扑[J]. 吴凤江,赵克,孙力,张云. 电工技术学报. 2008(04)
[9]一种新型混合级联不对称多电平逆变器[J]. 韩金刚,汤天浩,谭新元. 电工技术学报. 2007(12)
本文编号：3465802
【文章来源】：电力自动化设备. 2020,40(07)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
所提逆变器的拓扑结构
图2为电容在逆变器一个输出周期内的工作波形，其中第一图为M=0.9时逆变器输出的理想电压波形。图中，VCa、VCb、VC1分别为电容Ca、Cb、C1电压值；Δt Ca、Δt Cb、Δt C1分别为电容Ca、Cb、C1最大连续放电时间。从图中可以看出，在载波层叠调制的固定调制比下，逆变器的输出电平在正负半周期是相互对称的，且各对称电平的输出占空比相等，因此逆变器在正半周期输出电平为Vdc/2和3Vdc/2时，分别与负半周期输出电平为-Vdc/2和-3Vdc/2的时间对称相等。根据伏秒平衡原则，只需选用合适的开关冗余状态，保证在逆变器工作的正负半周期电容Ca和Cb充放电状态的对称互补性，即可实现二者在整个工作周期的电压平衡。同时，为了尽可能地降低两分压电容的电压纹波，本文选择在逆变器的一个输出周期内，控制电容Ca与Cb交替充放电的工作方式以减小其连续放电时间。所提逆变器选用的开关状态和电容充放电状态如表1所示。
当逆变器前级开关管S1和S4导通、S2和S3关断时，母线直流电源放电，提供所需的输出电平Vdc；当拓扑前级开关管S1和S3导通、S2和S4关断时，母线电容Ca放电，提供所需的输出电平Vdc/2；当拓扑前级开关管S2和S4导通、S1和S3关断时，由母线电容Cb放电，提供所需的输出电平Vdc/2。当逆变器的输出电平为±Vdc时，拓扑中间级开关管Sj1和Sj3导通，Sj2关断，电容Cj与直流电源处于并联状态（j=1,2，…，n，其中n为扩展开关电容单元的总数），并被充电至电源电压Vdc。从以上分析可知，当逆变器工作时，直流母线电路可提供的电平为Vdc/2和Vdc，每级开关电容电路可提供的电平均为Vdc。通过选择合适的直流母线电路放电方式和开关电容的串联数量，然后经过后级全桥电路的输出极性转换，在负载侧可以获得0、±Vdc/2、…、±（n+1)Vdc共4n+5个输出电平。
【参考文献】：
期刊论文
[1]单相二极管箝位三电平逆变器死区时间补偿技术[J]. 罗登,林宏健,舒泽亮. 电力自动化设备. 2018(08)
[2]光伏微型逆变器拓扑结构研究与分析[J]. 汪飞,徐新蔚,吴春华. 电力自动化设备. 2018(03)
[3]二极管箝位三电平逆变器共模电压抑制技术[J]. 吕佃顺,许洪华. 电力自动化设备. 2018(01)
[4]一种新型七电平有源中点钳位型逆变器的拓扑结构及其换流策略[J]. 绳伟辉,葛琼璇. 中国电机工程学报. 2017(23)
[5]级联多电平H桥逆变器的同相层叠型SPWM脉冲分配方法[J]. 章勇高,熊健. 电力自动化设备. 2017(07)
[6]面向欧洲效率增强的在线拓扑可变型光伏发电并网逆变系统[J]. 骆林松,田慧欣,吴凤江. 电力自动化设备. 2016(10)
[7]一种具有高性价比的五电平逆变器拓扑[J]. 张云,孙力,吴凤江,严冬. 电机与控制学报. 2008(04)
[8]一种新型四象限级联型多电平逆变器拓扑[J]. 吴凤江,赵克,孙力,张云. 电工技术学报. 2008(04)
[9]一种新型混合级联不对称多电平逆变器[J]. 韩金刚,汤天浩,谭新元. 电工技术学报. 2007(12)
本文编号：3465802
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