PWM变流器简介 电力电子技术的应用包括四大类基本变流电路，即AC-DC（整流）、DC-DC （升降压斩波）、AC-AC（变频变相）、DC-AC（逆变）变流电路。由此产生的整流器，逆变器，变流器（双向整流逆变）等装置在工业生活中的应用日益广泛，无论是在UPS,新能源发电（光伏、风电），电能质量治理（无功、谐波），还是电动汽车等领域，对系统效率的期望比以往更高。在市电等级应用领域中，通常采用的是两电平变流器拓扑结构，而多电平变流器拓扑的提出，就是为了实现中高压应用的目标。本文将对常见的两电平、三电平变流器拓扑原理进行分析介绍。 1.一种典型的两电平-三相电压型桥式PWM变流器电路拓扑如下图所示： 图1三相电压型桥式PWM变流器 电路直流侧通常只有一个电容器就可以，为了方便分析，画作串联的两个电容器并标出理想中点N。其基本工作方式为180度导电，即每个桥臂导电角度为180度，同一相（即同一桥）上下两个臂交替导电，各相开始导电的角度依次相差120度。在任一瞬间，将有三个桥臂同时导通，每次换流都是在同一相上下两个桥臂之间进行，因此也称为纵向换流。 下面来分析该电路的工作波形，对于U相输出来说，当V1导通时，Uun=Ud/2；V4导通时，Uun=-Ud/2.因此Uun的波形是幅值为Ud/2的矩形波。V,W两相情况类似，只是相位依次相差120度。通常我们所说的几电平指的是逆变器输出的相电压，对两电平而言，逆变器输出的相电压只有上述分析的两种电平：±Ud/2。 负载线电压可分别由公式求出： Uuv=Uun-Uvn； Uvw=Uvn-Uwn； Uwu=Uwn-Uun 可以看出负载线电压有三个值：±Ud，0.
简介多电平高压变频器的两种拓扑结构 摘要：多电凭高压变频器自诞生以来就在节能和环保方面体现出极高的价值，也引起了众多的学者进行研究。本文对多电平高压变频器的两种主要拓扑结构及其原理进行分析。 关键词：三电平；单元串联多电平；应用 About multi-level high-voltage converter topology of the two TANG Xing Long LIU Hui Kang XIONG Wen SUN Kai （Wuhan University of Science and Technology College of Information Science and Engineering,Wuhan Hubei 430081）Abstract: With high voltage inverter, since its birth in the energy-saving and environmental protection reflects the high value, it also caused a lot of academics for research. In this paper, the multi-level high-voltage converter topology of the two main structure and principles for analysis.Key words: Level 3; Series multi-level unit; Application 1 前言 对于高压电动机，我们如果采用传统的三相六拍的结构变频器对电动机进行控制，由于电压过高，加上电力电子器件开关速度的提高，这样开关器件输出的值就会很大。由
高压多电平双向DC-DC变换器文献综述 一、前言 本次文献调研的主题为高压多电平双向DC-DC变换器。下载到的文献中与该主题相关的有10篇，完全符合该主题的文献有参考文献[1][2][3][4]，其它6篇文献则侧重于高压和双向这两个关键词。以下是文献调研的主要内容。 二、主要内容 文献[1] [2]介绍了一种电容箝位的模块化多电平双向DC-DC变换器。该变换器由5个独立的模块级联而成，每个模块由三个MOS管和一个箝位电容组成，如下图所示。通过控制每个模块中MOS管的通断可以使每个模块运行在正常工作和旁路状态，选定不同模块的工作状态可以实现不同电平的输出，并且可以使输入输出电压的比值不同。从每个模块的电路结构可以看出，能量可以实现双向流动。从下图1可以看出整个电路中没有像常规的DC-DC变换器那样使用电感作为储能装置，这种无感设计的原则提高了装置的效率和可靠性。 本文中作者的实验装置功率为5kW，电平数为6。当输入电压为250V，负载为1.76Ω时，装置效率达到了95.1%。 图1. 电容箝位的模块化多电平双向DC-DC变换器 文献[3]介绍的电容箝位的模块化多电平双向DC-DC变换器与上文介绍的拓扑结构一样。文中详细分析了该电路的不同工作状态和等效电路图，该拓扑相比传统的飞跨电容型多电平变换器可以减少开关管的数量和电容耐压等级。 文献[4]介绍的模块化多电平双向DC-DC变换器的拓扑结构类似于测井变频电源的拓扑结构，它的每个模块拓扑为移相全桥电路，整个变换器由模块的输入并联输出串联组合而成，如下图2所示。之所以采用这样的拓扑是与作者研究的方向——波浪能发电有关。 在文中，作者着重叙述了梯形载波的控制方法与三角载波控制方法的不同，提出了梯形载波控制方法能够提高装置的效率。梯形载波控制方法中的开关频率是通过迭代的算法计算得到的。该方法最大的优点是根据实际的功率需求情况，依据装置的效率曲线来决定每个模块是处于并联工作状态还是旁路工作状态。在文中作者通过两模块的实验来证明梯形载波控制方法能够使装置运行在最大效率点处。
多电平变换器—— —高压大容量电能变换的新技术 特邀主编评述 李永东 （清华大学，北京!"""#$） 在%""$年第&期“电能质量控制”专辑成功出版的基础上，《电力电子技术》编辑部于北戴河全国电力电子年会上决定把“多电平变换器”作为第%期内容，并于今年第’期出版，由我来担任本期特邀主编，本人深感荣幸和责任重大。现在奉献在大家面前的专辑，是经过全国同行专家集体努力的结果。 多电平变换器及其相关技术的研究与应用，是现代电力电子技术的最新发展之一，它主要面向高压大容量的应用场合。与传统的两电平逆变器相比，多电平变换器能够减少输出谐波畸变，不用或只需很小的输出滤波器、整体效率高，同时可以用低压器件实现高压大容量输出。这一技术对于高压大容量电能变换、提高用电效率具有重要意义，是当前电力电子技术的研究热点之一。 多电平变换器的研究主要包括多电平电路拓扑结构的研究、多电平()*控制算法的研究，以及在此基础上的应用研究。自从日本长冈科技大学的南波江章（+,-./.0）等人在!1#"年2333工业应用（2+4）年会上提出三电平中点箝位式（-0567.8(9:;6!<8.=>0?，简称-(<）结构以来，多电平逆变器的拓扑结构主要发展出了单一直流电源的箝位式拓扑电路、分离直流电源的@桥单元串联式拓扑电路，以及在此基础上的一系列混合和派生电路。随后以高压2ABCD2A Project No. 3 Report for High Power Conversion Systems Project Title: Cascade multi-level converter and its control method Student Name: Email Address: @https://www.doczj.com/doc/3210392231.html, Phone No. Date: 2012.6.15 Signature: 级联型多电平变换器构成及控制方法初探 浙江大学电气工程学院 【摘要】本文介绍了级联型多电平变换器的一般构成方法，并对构成原则进行了初步的讨论并提出了新型级联型拓扑结构。本文又对级联型多电平的控制策略进行了初探。最后，本文提出一种改进型级联多电平变换器，并对其进行了简要分析。 【关键字】级联多电平控制方法 Cascade multi-level converter and its control method ( , College of Electrical Engineering , Zhejiang University) Abstract: This article describes the general composition of the cascade multi-level converter, and constitutes the principle of a preliminary discussion. It also proposes a new cascade topology and cascaded multi-level control strategy . Finally, this paper presents an improved cascaded multilevel converter and makes a brief analysis. Key words: cascade, control strategy, multi-level 1.多电平变换器 多电平变换器技术是一种通过改进变换器自身拓扑结构来实现高压大功率输出的新型变换器，它无需升降压变压器和均压电路。在实现大功率变换的几种解决方案中，多电平变换器之所以受到研究者们的青睐，是因为它具有以下一些突出优点： （1)每个功率器件仅承受X／(n-1)的母线电压(n为电乎数)，所以可以用低耐压的器件实现高压大功率输出，且无需动态均压电路； （2)电平数的增加，改善了输出电压波形，减小了输出电压波形畸变(nID)； （3)可以以较低的开关频率获得和高开关频率下两电平变换器相同的输出电压波形，因而开关损耗小，效率高； （4)由于电平数的增加，在相同的直流母线电压条件下，较之两电平变换器，dr／dr应力大为减少，在高压大电机驱动中，有效防止电机转子绕组绝缘击穿，同时改善了装置的EMI特性 （5)无需输出变压器，大大地减小了系统的体积和损耗。相对于其他的高压大功率变换电路，多电平变换器技术由于具有了以上优点，受到了越来越广泛的关注、研究和应用。 模块化多电平换流器型直流输电 【摘要】电网规模不断扩大，清洁能源的开发利用越来越受到关注，智能电网让太阳能、风能等新能源并入电网并能对其介入过程自行控制，对清洁能源的投入并网和补偿机制的研究势在必行。本文结合南汇风电场柔性直流输电工程，简单分析柔性直流输电的控制原理及基础理论。 【关键词】柔性直流控制方式换流阀 1引言 上海南汇柔性直流输电技术示范工程是国内首例柔性直流输电工程，将上海南汇风电场发出的风电能源并入上海电网之内。 柔性直流输电技术通过对两端电压源换流器的有效控制可以实现两个交流有源网络之间有功的相互传送，在有功传送的同时，各端电压源换流器还可以调节各自所吸收或发出的无功，对所联两端交流系统予以无功支持，是一种具有快速调节能力、多控制变量的新型直流输电系统。 2一次系统结构 柔性直流换流站的一次系统结构为35KV交流系统通过开关连接至换流变，将交流侧的电压变换为换流阀输入所需要的电压（31KV）然后进行交/直流变换（直流电压为±30KV），通过直流线路输送至对侧换流站再进行直/交流变换。每个桥臂每相分别安装一个阀电抗器。阀电抗器是VSC与交流系统之间传输功率的纽带，它决定换流阀的功率输送能力、有功功率与无功功率的控制；同时阀电抗器能抑制换流阀输出的电流和电压中的开关频率谐波量，以获得期望的基波电流和基波电压。另外，换流电抗器还能抑制短路电流。 3柔性直流运行模式和控制方式 MMC可以通过调节换流器出口电压的幅值和与系统电压之间的功角差，独立地控制输出的有功功率和无功功率。 有功功率的传输主要取决于δ，无功功率的传输主要取决于Uc。因此通过对δ的控制就可以控制直流电流的方向及输送有功功率的大小，通过控制Uc就可以控制VSC发出或者吸收的无功功率。从系统角度来看，VSC可视为一无转动惯量的电动机或发电机，可以实现有功和无功功率的瞬时独立调节，进行四象限运行。 4柔性直流换流阀原理 模块化多电平换流器阀是由多个IGBT子模块进行级联而成的，单个子模块 受制于电力电子器件发展水平，传统的两电平变换器拓扑不能满足高压大功率电力电子变换的要求，而且电力电子器件的功率处理能力和开关频率之间是矛盾的，往往功率越大，开关频率越低，高性能的控制实现起来就愈发困难。基于这一背景，多电平变换器逐渐成为高压大容量电力电子领域中最为热门的研究课题之一。 多电平变换器大多是采用结构、器件串并联、功率模块多重化和变压器结合使用等方案来提高变换器的电压和功率等级。目前广泛应用在高压大容量变换器场合的典型电力电子拓扑结构主要有：以美国ROBICON公司为代表的H桥级联式结构以及以德国SIMENSE和瑞士ABB公司为代表的二极管中点箝位式（Neutrals Point Clamped/NPC）结构。 H桥级联式变换器是对单个H桥电路进行串联，可以很简单的将电平数任意增加，不受最高承受电压的限制。但是，这种变换器有两个重要的缺点：首先，由于每个单元需要独立电源，通常的做法采用曲折变压器，大大增加了装置的成本和体积。其次，到目前为止，尚无有效的方法实现能量的双向流动，这不仅造成了能量的浪费，更重要的是无法完成四象限运行和高性能的加减速控制。因此，这种结构一般应用在一些调速要求不高的场合。 德国学者Holtz于1977年首次提出三电平逆变器。而后，日本长冈科技大学A.Nabae 等人于1980年进一步完善构成二极管箝位式的三电平变换器，它的出现为高压大容量电压型变换器的研制开辟了一条新思路，从20世纪80年代开始逐渐成为研究重点。对三电平变换器拓扑结构稍加改动，可扩展为任意电平的多电平变换器，电平数越多，输出波形越接近正弦，谐波含量越小。然而在实际应用中，由于受到硬件条件和控制复杂性的制约，通常在满足性能指标的前提下，并不追求过多的电平数。目前三电平结构最为成熟，应用最多，与传统的两电平相比，三电平变换器功率器件承压低、开关损耗低；输出谐波和dv/dt小，有利于电机或滤波器的绝缘和安全运行；此外三电平变换器共有27个电压空间矢量可供选择，开关矢量组合可供选择的余度大，开关顺序灵活多样，为系统性能的提高提供了可能。这些优点使得三电平变换器成为高压大容量领域中拓扑结构的主要选择之一，越来越多地应用于高压大容量电力电子变换装置中。目前针对三电平变换器的研究工作主要集中在高性能控制策略、软开关技术以及在工业实际应用（大容量变频调速、可再生能源利用、电能质量控制）等多个方面。 电力电子专题课程 结课作业 题目：多电平换流器技术 姓名：倪晓军 学号：1122201133 班级：研电1206 任课老师：韩民晓 一多电平换流器技术概述 按照输出电压的电平数，换流器可以分为两电平换流器和多电平换流器。两电平换流器的拓扑结构如图1-1所示，图中采用的开关器件是带反并联二极管的IGBT，通过控制可关断器件的导通和关断，在换流器输出端将直流电容电压的正极性(p)与负极性(n)电压分别引出，实现直流电能与交流电能互相转换。两电平换流器的主要优点有：电路结构简单，电容器数量少，占地面积小，所有阀容量相同等优点。但是，在许多应用场合，两电平换流器的阀需要承受的电压很高，所以单个阀需要串联大量开关器件，由此带来串联器件的静态、动态均压问题。两电平换流器还会产生很高的阶跃电压，对交流设备极为有害。为了避免出现上述技术难题，于20世纪80年代，一种新型的换流器新思路——多电平换流器开始出现，并受到了越来越多的关注。所谓多电平换流器是指换流器输出电压波形中的电平数等于或者大于3的换流器，如三电平、五电平、七电平等。所谓电平数，是指换流器输出电压波形中，从正的最大值到负的最大值之间所含的阶梯数。多电平换流器降低了两电平换流器对开关器件开关一致性和均压性的要求，可通过合适的调制方式减少开关器件的开关损耗，同时保持交流侧较低的谐波，降低了换流器的阶跃电压。 n 图1-1两电平换流器主电路 二多电平换流器拓扑 经过多年的发展，按照多电平换流器的结构特点，主要形成了以下几种多电平换流器拓扑：(1)二极管钳位型多电平换流器；(2)飞跨电容型多电平换流器； (3)级联型多电平换流器；(4)模块化多电平换流器（MMC）。 0 引言 多电平变换器的概念自从A.Nabael在1980年的IAS年会上提出以后，以其独特的优点受到广泛的关注和研究。首先，对于n电平的变换器，每个功率器件承受的电压仅为母线电压的1/（n－1），这就使得能够用低压器件来实现高压大功率输出，且无需动态均压电路；多电平变换器的输出电压波形由于电平数目多，使波形畸变(THD)大大缩小，改善了装置的EMI特性；还使功率管关断时的d v/d t应力减少，这在高压大电机驱动中，有效地防止了电机转子绕组绝缘击穿；最后，多电平变换器输出无需变压器，从而大大减小了系统的体积和损耗。因此，多电平变换器在高电压大功率的变频调速、有源电力滤波装置、高压直流（HVDC）输电系统和电力系统无功补偿等方面有着广泛的应用前景。 1 多电平变换器的拓扑结构 国内外学者对多电平变换器作了很多的研究，提出了不少拓扑结构。从目前的资料上看，多电平变换器的拓扑结构主要有4种： 1）二极管中点箝位型（见图1）； 2）飞跨电容型(见图2)； 3）具有独立直流电源级联型（见图3）； 4）混合的级联型多电平变换器。 图1 二极管箝位型三电平变换器 图2 飞跨电容型三电平变换器 图3 级联型五电平变换器 其中混合级联型是3）的改进模型，它和3）的结构基本上相同，唯一不同的就是3）的直流电源电压均相等，而4）则不等。从图1至图3不难看出这几种拓扑的结构的优缺点。 二极管箝位型多电平变换器的优点是便于双向功率流控制，功率因数控制方便。缺点是电容均压较为复杂和困难。在国内外这种拓扑结构的产品已经进入了实用化。 飞跨电容型多电平变换器，由于采用了电容取代箝位二极管，因此，它可以省掉大量的箝位二极管，但是引入了不少电容，对高压系统而言，电容体积大、成本高、封装难。另外这种拓扑结构，输出相同质量波形的时候，开关频率增高，开关损耗增大，效率随之降低。目前，这种拓扑结构还没有达到实用化的地步。 级联型多电平变换器的优点主要是同数量电平的时候，使用二极管数目少于拓扑结构1）；由于采用的是独立的直流电源，不会有电压不平衡的问题。其主要缺点是采用多路的独立直流电源。目前，这种拓扑结构也有实用化的产品。 2 多电平变换器的控制策略 从目前的资料来看，多电平变换器主要有5种控制策略，即阶梯波脉宽调制、特定消谐波PWM、载波PWM、空间矢量PWM、Sigma-delta调制法。 2.1 阶梯波脉宽调制[1][2][3] 阶梯波调制就是用阶梯波来逼近正弦波，是比较直观的方法。典型的阶梯波调制的参考电压和输出电压如图4所示。在阶梯波调制中，可以通过选择每一个电平持续时间的长短，来实现低次谐波的消除。2m＋1次的多电平的阶梯波调制的输出电压波形的傅立叶分析见式(1)及式(2)。消除k次谐波的原理就是使电压系数b k为0。这种方法本质上是对做参考电压的模拟信号作量化的逼近。从图4中不难看出这种调制方法对功率器件的开关频率没有很高的要求，所以，可以采用低开关频率的大功率器件如GTO来实现；另外这种方法调制比变化范围宽而且算法简单，控制上硬件实现方便。不过这种方法的一个主要缺点就是输出波形的谐波含量高。 图4 九电平阶梯波输出电压波形 v t(t)=b n sin nωt（1） b n=[V cos nα1＋2V cosnα1＋……＋jV cos nαj＋……＋mV cosnαm]（2） 2.2 多电平特定消谐波法[4][5][6] 多电平的特定消谐波法也被称作开关点预制的PWM方法。这种方法是建立在多电平阶梯波调制方法的基础之上的。这种方法的原理就是在阶梯波上通过选择适当的“凹槽” 有选择性地消除特定次谐波，从而达到输出波形质量提高和输出THD减小的目的。这种方法的消谐波和阶梯波的消谐波一样，唯一不同的就是输出电压波形的傅立叶分析后的系数 b n有所不同。现以五电平的特定消谐波的一个输出电压波形(如图5所示)来分析傅立叶分解 模块化多电平变换器(MMC)的脉冲宽度调制的实验和控制 摘要：模块化多电平变换器(MMC)是新一代不需要变压器而实现高、中压电力转换的多级转换器中的一种。MMC的每相是基于多个双向斩波单元的串级连接。因此需要对每个浮动的直流电容器进行电压平衡控制。然而，目前还没有文章涉及到通过理论和实验验证来实现电压平衡控制的明确讨论。本文涉及两种类型的脉冲宽度调制模块化多电平转换器(PWMMMCs)来解决他们的电路配置和电压平衡控制。平均控制和平衡控制的结合使脉冲宽度调制模块化多电平转换器(PWMMMCs)在没有任何外部电路的情况下实现电压平衡。脉冲宽度调制模块化多电平转换器(PWMMMCs)的可行性,以及电压平衡控制的有效性,通过仿真和实验已经被证实。 关键词：电压电力转换，多级转换器，电压平衡控制 一、介绍： 大功率的转换器的应用需要线性频率变压器来达到加强电压或电流的额定值的目的（见参考文献【1】——【4】）。2004年投入使用的80MW的静态同步补偿器的转换侧由18个中点箝位(NPC)式转换器组成（文献【4】），每个系列的交流双方串联相应的变压器。线性变压器的使用不仅使转换器笨重,而且也导致当单线接地故障发生时出现直流磁通偏差（文献【5】）。 最近，许多关于电力系统和电力电子的多级转换的科学家和工程师，参与到多电平变换器为了实现无需变压器而实现中压电力转】换（文献【6】-【8】）。两种典型的方法有： （1）多级多电平转换(DCMC) （文献【6】, 【7】）; （2）飞跨电容型多电平变换器(FCMC)（文献【8】）。 三电平多级多电平转换器（DCMC）或者NPC转换器已经被投入实际使用，如果在DCMC中电平的数量超过三个，容易导致串联的直流电容内在电压的不平衡，因此两个直流电容需要一个外部电路（例如buck—boost斩波电路）（文献【11】），此外，一个箝位二极管耐压值的增长是非常有意义的，而且这种增长需要每相串联多个模块，这就造成一些困难。因此合理的电平数量应该根据实际需要考虑但至多不能超过五个。至于FCMC,四级的脉冲宽度调制（PWM）换流器目前已经被一个制造中压驱动器的企业大量生产。然而，较低的载波频率（低于1KHz）的 个人总结-多电平变换器的拓扑结构和控制 策略(s h r i m p l m) 多电平变换器的概念自从A.Nabael在1980年的IAS年会上提出以后，以其独特的优点受到广泛的关注和研究。首先，对于n电平的变换器，每个功率器件承受的电压仅为母线电压的1/（n－1），这就使得能够用低压器件来实现高压大功率输出，且无需动态均压电路；多电平变换器的输出电压波形由于电平数目多，使波形畸变(T HD)大大缩小，改善了装置的EMI特性；还使功率管关断时的dv/dt 应力减少，这在高压大电机驱动中，有效地防止了电机转子绕组绝缘击穿；最后，多电平变换器输出无需变压器，从而大大减小了系统的体积和损耗。因此，多电平变换器在高电压大功率的变频调速、有源电力滤波装置、高压直流（HVDC）输电系统和电力系统无功补偿等方面有着广泛的应用前景。 1 多电平变换器的拓扑结构 国内外学者对多电平变换器作了很多的研究，提出了不少拓扑结构。从目前的资料上看，多电平变换器的拓扑结构主要有4种： 1）二极管中点箝位型（见图1）； 2）飞跨电容型(见图2)； 3）具有独立直流电源级联型（见图3）； 4）混合的级联型多电平变换器。 图1 二极管箝位型三电平变换器 图2 飞跨电容型三电平变换器 图3 级联型五电平变换器 其中混合级联型是3）的改进模型，它和3）的结构基本上相同，唯一不同的就是3）的直流电源电压均相等，而4）则不等。从图1至图3不难看出这几种拓扑的结构的优缺点。 二极管箝位型多电平变换器的优点是便于双向功率流控制，功率因数控制方便。缺点是电容均压较为复杂和困难。在国内外这种拓扑结构的产品已经进入了实用化。级联型多电平变换器构成及控制方法
模块化多电平换流器型直流输电
多电平变换器现状和发展
多电平换流器技术
多电平变换器的拓扑结构和控制策略
模块化多电平变换器
最新个人总结-多电平变换器的拓扑结构和控制策略(shrimplm)
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