多电平技术讲解共80页文档
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多电平逆变器技术介绍摘要本文首先介绍了多电平逆变器的发展历史,然后根据单电源供电和多电源供电的不同分别阐述了中点钳位型、电容钳位型和级联H桥型等几种多电平逆变器拓扑和工作原理。
关键词多电平;逆变器;钳位;级联H桥德国的学者Holtz于1977年提出了一种三电平逆变器,他在两电平半桥式逆变器电路的基础上,加人了开关管辅助钳位电路,得到了三电平电压输出。
但这种三电平逆变器由于采用的是开关管辅助钳位结构形式,故只能得到三电平输出,即使增多开关管也不能得到多电平输出,所以只能算是一种多电平逆变器的雏形,还算不上是真正的多电平逆变器。
1980年,日本长冈科技大学的南波江章(A. Kira Nabae)等人对其进行了改进与发展,在IEEE工业应用(IAS)年会上提出了二极管钳位式三电平逆变器主电路的结构。
这才开始进入到多电平逆变器的研发新阶段。
由于电力系统的发展、高压大功率交流电动机变频调速的发展和环保节能的需要,又促使高电压大功率多电平逆变器的研究进入到一个新高潮。
随着Akira Nabae二极管钳位式三电平逆变器的出现,1983年,P. M. Bhagwat等人将三电平扩展到五电平、七电平和多电平二极管钳位式逆变器。
1999年,Xiaoming Yuan提出了二极管自钳位多电平逆变器。
1992年,法国学者T. A. Meynard和H. Foch,提出了飞跨电容钳位式多电平逆变器。
2000年由Fang Z.Peng在综合了多种钳位式多电平逆变器(如二极管钳位式、飞跨电容钳位式以及二极管与飞跨电容混合钳位式多电平逆变器)的特点以后,在2000年的IEEE 工业应用(IAS)年会上,提出了一种通用式的多电平逆变器的主电路结构。
这种电路结构可以不需要借助于附加电路来抑制直流侧电容的电压偏移问题,并从理论上实现了一个真正的有实际应用价值的多电平逆变器的主电路结构。
此电路结构是以飞跨电容钳位的半桥式结构为基本单元组成的电容电压自平衡式通用钳位多电平逆变器。
模块化多电平原理模块化多电平(Multi-level Modular Converter, MMC)是一种新型的直流-交流转换器,其特点是具有高电压和高功率的转换能力,能够满足不同电力需求的要求。
MMC采用模块化设计,能够对电压和功率进行灵活配置,具有高效、高可靠性和高灵活性等优点。
下面将详细介绍MMC的原理。
MMC的原理是在每个电平的电流流向相反的两个半桥电路之间插入一个电容,同时在各半桥之间增加能控晶闸管(IGBT)器件,实现多电平的输出。
MMCs的主要特点有以下几个方面:1. 多电平输出:MMC将一个交流输电系统的电压等级从传统的两级(220V和500kV)增加到五级以上,能够提供高至几千千伏的电压等级,从而能够满足不同规模的输电需求。
2. 模块化设计:MMC采用模块化设计,每个电容和每个IGBT模块都是相互独立的,可以根据实际需要的功率水平进行自由组合。
这种设计方式使得MMC 具有高度的可配置性和可扩展性,便于安装和维护。
3. 电压平衡:由于每个电容都与一个IGBT串联连接,可以通过控制IGBT的开关实现对电容的充放电,从而使得各电容的电压保持平衡。
这种电压平衡设计能够降低电容的电压应力,提高系统的可靠性和寿命。
4. 网络逆变:MMC电路通过将每个半桥电路的输出以不同的频率进行切换,实现对输入直流电压的逆变。
逆变电路采用PWM调制技术,能够输出高质量的正弦波电压和电流,达到有效控制电压和电流的目的。
5. 滤波和调节:MMC通过电容和电感的组合来实现对电压、电流的滤波和调节。
通过在MMC的输出端增加滤波电路,可以减少谐波和电磁干扰,提高能量传输的质量和稳定性。
6. 高功率密度:MMC设计紧凑,体积小,功率密度高。
通过模块化设计和高效的控制策略,能够实现对高功率的快速响应和高效转换,提高系统的能量利用率。
MMC的工作原理主要包括以下几个关键步骤:1. 输入直流电压检测:MMC的输入电压通常为直流电压,首先需要对输入电压进行检测和采样。
多电平单元存储技术多电平单元存储技术是一种先进的存储技术,它在微电子领域具有重要意义。
它可以有效提高存储密度和降低存储成本,因此备受研究者和产业界的关注。
本文将从多电平单元存储技术的原理、优势和应用前景等方面进行详细介绍,以期对读者有所启发。
**一、多电平单元存储技术的原理**多电平单元存储技术是一种通过在单个存储单元内储存多个电荷状态来增加存储容量的技术。
传统的存储技术通常是通过在单个存储单元内储存一个二进制位(0或1)来进行数据存储,而多电平单元存储技术则允许存储单元储存多个电荷状态,可以表示更多的数据。
多电平单元存储技术的实现通常依赖于隧穿二极管效应或浮栅效应。
在隧穿二极管效应中,通过调节隧穿二极管的反向偏置电压,可以控制存储单元中电荷的数量,从而实现多个电荷状态的存储。
而在浮栅效应中,通过在栅极上施加不同的电压,可以改变储存单元中栅极的电荷量,从而实现多个电荷状态的存储。
**二、多电平单元存储技术的优势**多电平单元存储技术相对于传统的存储技术具有多个优势。
它可以显著提高存储密度,因为一个存储单元可以存储多个数据状态,从而可以在同样的面积内存储更多的数据。
多电平单元存储技术还可以降低存储成本,因为在相同的存储容量下,它可以减少存储单元的数量,从而降低了制造成本。
多电平单元存储技术还可以提高存储速度,因为在读取数据时可以同时读取多个状态,从而减少了读取时间。
**三、多电平单元存储技术的应用前景**多电平单元存储技术在各个领域都有着广阔的应用前景。
在存储器件领域,它可以用于替代传统的存储器件,从而实现更高的存储密度和更低的成本。
在数字信号处理领域,它可以用于构建更高性能的数字信号处理器,从而提高系统的整体性能。
在人工智能领域,它可以用于构建更高效的神经网络,从而实现更加智能的人工智能系统。
多电平单元存储技术具有重要的理论意义和广阔的应用前景。
随着微电子技术的不断发展,相信它将会在未来发挥越来越重要的作用,为人类社会的发展带来更多的便利和机遇。
光伏发电系统中的多电平变换技术
光伏发电系统中的多电平变换技术是指利用多电平变换器将光伏阵列的直流输出转换为交流电,以适应电力系统的要求。
光伏发电系统中的光伏阵列输出的是直流电,而电力系统中需要的是交流电。
因此,需要将光伏阵列的直流输出经过变换器的转换,以便将其接入电力系统中。
多电平变换技术主要包括两种方法:多电平推挽和多电平共振。
多电平推挽技术是通过将直流电压切换为多个不同的电平,然后再将其转换为交流电。
这种技术可以实现较高的转换效率和较低的谐波失真,但需要较为复杂的控制电路和高功率开关器件。
多电平共振技术是通过将直流电压调制为多个不同的频率,然后再将其转换为交流电。
这种技术可以实现较高的转换效率和较低的谐波失真,同时还可以实现谐波抑制和滤波功能。
然而,多电平共振技术的控制难度较大,需要较为复杂的控制策略和滤波器设计。
总的来说,光伏发电系统中的多电平变换技术可以提高系统的转换效率和电网接入的可靠性,但也需要考虑到技术的复杂性和成本。
收稿日期:2011-06-21作者简介:蔡兴(1987-),男,江西新建人,学士,主要研究方向:电气自动化。
0引言自20世纪50年代电力电子技术诞生以来,经过几十年的飞速发展,至今已被广泛应用于电力系统、电机调速等需要电能变换的领域。
日本学者南波江章(A.Naba )于1980年提出三电平中点钳位逆变器以来,引起人们的普遍关注。
由于在节能、可靠性和性能指标等方面的巨大优势,使得它越来越多地被人们所采用。
经过近30年的研发,很多学者相继提出了具有实际意义的多电平逆变器电路及多种多电平逆变器的调制控制方法。
当前的多电平逆变器的主要结构有:H 桥级联式(Cascaded H-bridge )、电容箝位式(Capacitor-Clamped )、二极管箝位式(Diode-Clamped )、飞跨电容嵌位式(Flying-Capacitors )。
为了更好地利用这项技术,许多研究人员提出了一些改进:在拓扑的研究方面,改进的主要方向是减少器件使用数量,并解决电容电压的不平衡等问题;在控制方面,改进的主要方向是优化输出波形和算法等[1](p5-13)。
1多电平逆变器种类及优缺点分析1.1二极管箝位式多电平逆变器及其优缺点二极管钳位式多电平逆变器是研究最早和应用最多的一种多电平逆变器。
二极管钳位式多电平逆变器是通过串连的一系列电容将较高电压分成一系列较低的电压。
一个M 电平的二极管钳位多电平逆变器在直流侧需要M-1个电容。
例如一个三相五电平二极管钳位式逆变器的一相,在其直流侧含有4个大小相同的电容C 1,C 2,C 3和C 4。
若直流侧的总电压为1V ,那么每个电容上分得的电压为V/4,并且通过钳位二极管的作用,每个开关器件上的电压应就限制在一个电容的电压V/4上,这样逆变器合成的输出电压就可以相对地提高了。
二极管钳位多电平逆变器只需要一个公共的直流电源,这使它的整流侧设计比较简单。
虽然开关器件被钳位在V/4电压上,但是钳位二极管却要承受不同倍数的V/4反向电压。