高压大功率逆变器拓扑结构分析

1 引言当系统容量较大时，输入谐波问题是大容量变频器的一个突出问题。

对交一直一交变频调速系统而言，常用的整流器均采用晶闸管相控整流电路或二极管整流电路，直流侧采用电容滤波，这使交流侧的电流呈尖峰性而非正弦波。

大量使用由这些电路构成的装置已成为电力系统中的主要谐波源，且消耗大量的无功功率。

变频器输出的谐波电流也会使电动机损耗增加，因而发热增加，电机出力下降。

对于上述技术问题，国内外学者在降低输入谐波与输出谐波为目标，对大功率变频器的拓朴结构开展了比较深入的研究。

本文对目前几种有代表性的高压变频器主电路拓朴结构以及谐波抑制技术进行了分析和介绍。

2 采用多重移相叠加技术的变频器多重移相叠加技术是由a．kernick等人早在1962年提出的。

多重移相叠加技术是指把两个或两个以上输出频率相同，输出波形也相同(幅值可以不同)的整流电路或逆变电路，按一定的相位差叠加起来，使它们的交流输入或交流输出波形的低次谐波相位相差180°而相互抵消，以得到谐波含量较少的准正弦阶梯波的一种技术。

多重叠加可以是等幅波形的叠加，也可以是变幅波形的叠加。

从改善叠加后波形的角度来看，变幅叠加效果要优于等幅叠加。

多重叠加还可以是串联叠加和并联叠加，串联叠加可以解决大功率变频器高电压的实现问题;并联叠加可以解决大功率变频器大电流的实现问题。

2.1 多重化整流多重化整流是按一定的规律将两个或更多个相同结构的整流电路进行组合，得到多脉动整流系统，将整流电路进行移相多重联结可以减少交流侧输入电流谐波。

对于变频器网侧交流输入电流来说，采用并联多重联结和采用串联多重联结的效果是相同的。

采用多重联结不仅可以减少交流输入电流的谐波，同时，也可以减小直流输出电压中的谐波幅值和脉动。

采用脉动宽度为60°的6脉动三相全波整流电路作为基本单元，使m组整流电路的交流侧电压依次移相α=60°/m，则可组成脉动数为p=6m的多脉动整流。

大功率开关电源拓扑
大功率开关电源通常采用多种拓扑结构，以满足不同的应用需求。

其中比较常见的包括单端降压拓扑、双向变换拓扑和桥式全桥
拓扑。

首先，单端降压拓扑是一种常见的大功率开关电源拓扑结构。

它通过开关管控制输入电压的通断，然后通过输出电感和电容进行
滤波，从而实现对输出电压的调节和稳定。

这种拓扑结构适用于需
要从高电压转换到低电压的场合，例如电源适配器和电动汽车充电
器等。

其次，双向变换拓扑是另一种常见的大功率开关电源拓扑结构。

它可以实现双向能量转换，既可以将直流电转换为交流电，也可以
将交流电转换为直流电。

这种拓扑结构适用于需要实现能量的双向
传输的场合，例如电动汽车充电桩和光伏逆变器等。

最后，桥式全桥拓扑是一种适用于大功率开关电源的拓扑结构。

它通过四个开关管和一个输出变压器构成一个全桥结构，可以实现
对输入电压的高效变换和输出电压的稳定调节。

这种拓扑结构适用
于需要高功率密度和高效率的场合，例如工业变频电源和电力电子
设备等。

总的来说，大功率开关电源拓扑结构多样，选择合适的拓扑结
构需要根据具体的应用需求和性能要求进行综合考虑，以实现高效、稳定和可靠的能量转换和调节。

两个逆变器串联拓扑1 概述两个逆变器串联拓扑是一种常见的电路拓扑结构，通常应用于高功率应用场合，如电力电子领域、电机驱动系统等。

这种拓扑结构具有较高的可靠性和效率，是一种较为成熟的技术。

2 逆变器概述逆变器是一种将直流电转换为交流电的装置，可以实现电力电子控制系统中对交流电的变换和调节。

逆变器通常由直流电源、开关器件、滤波电路、控制电路等组成。

3 两个逆变器串联拓扑结构两个逆变器串联拓扑结构主要由两个逆变器、输出滤波电路、直流电源和控制电路组成。

两个逆变器通过输出并联，实现了对负载的高调控能力。

同时，在两个逆变器之间设置输出滤波电路，可以通过调节滤波电路的参数来提高电路的抗干扰能力和稳定性。

4 优点两个逆变器串联拓扑的主要优点包括以下几个方面：1）高可靠性：两个逆变器串联可以实现信号传递的冗余，提高整个系统的可靠性。

2）效率高：逆变器的效率通常高于其他电子设备，因此该结构的效率较高。

3）方便维护：由于该结构逆变器的模块化设计，维护和更换部件较为方便。

4）高动态响应：两个逆变器之间的滤波电路可以提高电路的动态响应特性，适用于高精度的应用场合。

5 不足之处不足之处主要包括以下几个方面：1）结构较为复杂：两个逆变器串联需要较为复杂的电路结构，容易导致设计难度较大。

2）成本较高：与单一逆变器相比，需要两个逆变器和输出滤波电路，成本相应较高。

6 应用场合两个逆变器串联通常用于高功率应用场合，如变频空调、电机驱动系统、电力电子领域等。

具体应用还需根据具体的特点和要求进行选择。

7 总结两个逆变器串联拓扑是一种成熟的高功率电子技术，具有高效率、高可靠性等优点，适用于需要高精度和高调控要求的应用场合。

其不足之处在于结构较为复杂，成本较高，需要根据具体情况进行选择。

605040302010020212022E2023E 2024E2025E年份5.799.6417.5430.3047.72图1 中国电化学储能累计装机容量趋势图Fig. 1 Trend chart of cumulative installed capacity ofelectrochemical energy storage in China电化学储能产业链中，变流器conversion system ，PCS)是储能电池与电网之间功率交换的重要单元，实施有效和安全的储电深圳市盛弘电气股份有限公司占10%阳光电源股份有限公司占34%比亚迪股份有限公司占22%科华数据股份有限公司占20%北京昆兰新能源技术有限公司占14%图2 2020年PCS 海外出货量前5位的国内生产商对比情况Fig. 2 Comparison of top 5 domestic manufacturers inPCS overseas shipments in 2020目前针对电化学储能系统中PCS 拓扑结构收稿日期：2022-01-18大学生创新创业训练计划项目；国网江西省电力有限公司科技项目（52182020008K ，男，博士、教授，主要从事大规模储能技术方面的研究。

**************电池组DC/AC 逆变器LC滤波器交流母线图4 单路全桥两电平拓扑结构Fig. 4 Two-level topology structure ofsingle circuit full-bridge该单路全桥两电平拓扑结构在实际工程运用时，由于目前工程现场存在电池组最高直流电压限制及其中开关器件因通态损耗造成的高成本，因此从成本和安全两方面考虑，必须使用大容量工频变压器接入电网，但由此带来了高成本及设计、制造困难等一系列问题。

1.2 多重化全桥两电平拓扑结构对于两电平拓扑结构来说，由于串联电池数量的限制，输入一般为低压，单机容量较小，大多数不会超过500 kW。

大功率双向DCDC变换器拓扑结构及其分析理论研究一、本文概述随着能源危机和环境污染问题的日益严重，高效、可靠的能源转换和储存技术成为了当前研究的热点。

其中，大功率双向DC/DC变换器作为连接不同电压等级直流电源的关键设备，在电动汽车、分布式能源系统、微电网等领域具有广泛的应用前景。

本文旨在对大功率双向DC/DC变换器的拓扑结构及其分析理论进行深入研究，为提升变换器性能、优化系统设计提供理论支撑。

本文首先介绍了双向DC/DC变换器的基本工作原理和应用背景，阐述了研究大功率双向DC/DC变换器的重要性和现实意义。

随后，对现有的大功率双向DC/DC变换器拓扑结构进行了梳理和分类，详细分析了各类拓扑结构的优缺点及适用场景。

在此基础上，本文提出了一种新型的大功率双向DC/DC变换器拓扑结构，并对其工作原理和性能特点进行了详细阐述。

为了验证所提拓扑结构的有效性，本文建立了相应的数学模型和仿真模型，对变换器的稳态和动态性能进行了深入分析。

通过实验验证了所提拓扑结构的可行性和优越性。

本文还对大功率双向DC/DC变换器的控制策略进行了研究，提出了一种基于模糊逻辑控制的优化方法，有效提高了变换器的响应速度和稳定性。

本文对大功率双向DC/DC变换器的研究现状和发展趋势进行了展望，提出了未来研究的方向和重点。

本文的研究成果对于推动大功率双向DC/DC变换器的技术进步和应用发展具有重要的理论价值和实际意义。

二、大功率双向DCDC变换器拓扑结构大功率双向DCDC变换器在现代电力电子系统中扮演着至关重要的角色，其拓扑结构的设计和优化对于提高能源转换效率、增强系统稳定性以及实现更广泛的能源管理策略具有决定性的影响。

本节将详细探讨几种常见的大功率双向DCDC变换器拓扑结构，并分析其工作原理和适用场景。

双向全桥拓扑结构是一种常见的大功率双向DCDC变换器拓扑，其通过四个开关管的控制实现能量的双向流动。

该拓扑结构具有高转换效率、低电压应力以及较宽的输入输出电压范围等优点，适用于宽电压范围变化的应用场景。

逆变器：从拓扑结构到工作原理逆变器是一种将直流电转换成交流电的电力转换设备，应用于太
阳能发电、风力发电及其他电力系统中。

逆变器可以分为单相逆变器
和三相逆变器两种，其中三相逆变器是比较常见的逆变器形式。

接下
来让我们一起来了解逆变器的拓扑结构及工作原理。

逆变器的拓扑结构通常采用全桥式结构，这种结构能够实现较大
功率的转换，并且不会产生直流浪涌电流。

逆变器的输出电压和频率
可以通过控制开关管的开和关时间来实现。

全桥式逆变器由四个开关
管和两个二极管组成，这些开关管分别将负载连接到正、负交流电源
或者相反的方式来实现正/负输出电压。

当两个对角线上的开关管同时
开启，负载将与交流电源负极相连，从而通过输出电压实现功率转换。

逆变器的工作原理基于在半周期内非常短的时间内，将开关管的
开启和关闭状态不断地进行切换，从而改变输出波形的幅度和频率。

直流能源在通过全桥式结构后，经过开关管的周期性控制，输出为交
流电源。

逆变器的性能取决于开关管的导通和非导通状态，并且需要
精确的时序控制来确保输出波形的准确性。

总之，逆变器是一个复杂的电力转换设备，拓扑结构和工作原理
的理解对于太阳能发电、风力发电及其他电力系统的设计和运行至关
重要。

逆变器的功率转换效率和输出波形质量对于系统功率输出和负
载电器运行的影响巨大，因此需要仔细的设计和调试确保稳定性和可
靠性。

威思曼高压直流电源拓扑结构
威思曼高压直流电源的拓扑结构主要包括以下几种：
1. 串联型：串联型拓扑结构是最简单的高压直流电源拓扑结构，它将多个电源模块串联起来，以获得更高的输出电压。

这种拓扑结构适用于需要高电压、低电流输出的场合。

2. 并联型：并联型拓扑结构是将多个电源模块并联起来，以获得更大的输出电流。

这种拓扑结构适用于需要高电流、低电压输出的场合。

3. 混合型：混合型拓扑结构结合了串联型和并联型的优点，它既可以通过串联方式提高输出电压，又可以通过并联方式提高输出电流。

这种拓扑结构适用于需要高电压、高电流输出的场合。

4. 多路型：多路型拓扑结构是将多个电源模块分成多个路，每路都有自己的输入电源和输出负载。

这种拓扑结构适用于需要多路输出或需要独立控制每路输出的场合。

不同的拓扑结构具有不同的特点和适用范围，根据实际需求选择合适的拓扑结构可以获得更好的电源性能。

业界技术发展趋势——逆变器拓扑结构发展趋势Simon.H1 光伏并网逆变器拓扑结构发展趋势在光伏并网发电系统中，逆变器作为光伏阵列与电网的接口设备，其拓扑结构决定着整个系统的效率和成本，是影响系统经济可靠运行的关键因素．由于光伏并网逆变器的结构拓扑种类众多、性能特点各异，其原理分析和性能比较，对于拓扑结构的合理选择、提高系统效率和降低生产成本有着极其重要的意义．1.1 五种常见拓扑结构类型目前，市场上常见的逆变器拓扑结构按照频率及有无变压器分，可简单分为以下五种类型：（1）直接逆变型优点：没有工频变压器，重量轻，效率高（>97%），结构简单，成本低。

缺点：交、直流之间无电气隔离，太阳能电池板两极有电网电压，对人体安全不利；MPPT直流输入电压，即太阳能电池板输出电压要大于350V，提高了系统的绝缘要求，容易出现漏电现象。

（2）工频隔离型优点：工频变压器隔离，安全性能良好；结构简单，可靠性高，抗冲击性能好；直流侧MPPT输入电压一般在200V~800V。

缺点：系统效率低，笨重。

（3）高频隔离型优点：高频电气隔离，重量轻，效率在93%左右。

缺点：由于高频隔离环节（DC-AC-DC）功率等级较小，此结构适合于5kW以下机型；EMC设计难度高；系统抗冲击性差。

（4）高频升压不隔离型优点：效率高，重量轻，太阳能电池直流输入范围宽（150V~500V）。

缺点：无电气隔离，太阳能电池板两极有电网电压，对人体安全不利；EMC设计难度高。

（5）多MPPT单逆变型优点：效率高，重量轻，太阳能电池直流输入范围宽（150V~500V）；多路MPPT输入，适用于更多场合。

缺点：无电气隔离，太阳能电池板两极有电网电压，对人体安全不利；EMC设计难度高。

1.2 逆变器厂家采用的拓扑结构从以上表格数据看，厂家为了提高效率和降低成本都普遍采用高频无隔离型拓扑结构，市场需求两比较大；受少数国家地区政策限制，还有少量的工频隔离型逆变器存在，市场需求量小；但是，兼顾了提高效率、降低成本和电气隔离的，部分厂家采用拓扑结构，只是产品还不够丰富，说明市场需求不大。

12kw储能逆变器常用拓扑引言：储能逆变器是一种具有能量存储功能的电力转换设备，广泛应用于可再生能源发电和储能系统中。

在储能逆变器中，拓扑结构是决定其性能和效率的重要因素之一。

本文将介绍常用的12kw储能逆变器拓扑结构，并分析其特点和优势。

一、单相全桥拓扑单相全桥拓扑是12kw储能逆变器中常见的拓扑结构之一。

它由一个全桥变换器和一个储能电池组成。

全桥变换器通过控制开关管的开关状态，将直流电压转换为交流电压。

储能电池则提供能量储存和平衡的功能。

这种拓扑结构具有转换效率高、输出电压稳定等优点，适用于小功率储能逆变器。

二、三级拓扑三级拓扑是一种常用于大功率储能逆变器的拓扑结构。

它由两个全桥变换器和一个辅助电路组成。

全桥变换器将直流电压转换为中间电压，辅助电路则将中间电压转换为输出交流电压。

三级拓扑具有输出电压波形质量高、输出功率可控等优势，适用于大功率储能逆变器。

三、双电平拓扑双电平拓扑是一种适用于12kw储能逆变器的拓扑结构。

它由两个半桥变换器和一个储能电池组成。

半桥变换器通过控制开关管的开关状态，将直流电压转换为交流电压。

储能电池则提供能量储存和平衡的功能。

双电平拓扑具有结构简单、成本低、可靠性高等优点，适用于中小功率储能逆变器。

四、多电平拓扑多电平拓扑是一种用于大功率储能逆变器的高性能拓扑结构。

它通过增加电平数量，将输出电压波形逼近正弦波。

多电平拓扑具有输出电压波形质量高、谐波含量低等优势，适用于大功率储能逆变器。

五、逆变器控制策略在12kw储能逆变器中，控制策略是实现其稳定运行和优化性能的关键。

常用的控制策略包括传统的PID控制、模型预测控制、无功功率控制等。

这些控制策略可以根据不同的应用场景和需求进行选择和调整，以实现储能逆变器的良好性能。

结论：12kw储能逆变器常用的拓扑结构包括单相全桥拓扑、三级拓扑、双电平拓扑和多电平拓扑。

每种拓扑结构都具有不同的特点和优势，适用于不同功率范围的储能逆变器。

高压大功率DC/AC拓扑的分类、常用结构与应用领域DC /AC逆变器是应用功率半导体器件 ,将直流电能转换成恒压恒频交流电能的一种静止变流装置 ,供交流负载用电或与交流电网并网发电。

Mr. Espelage于1977年提出了可变高频环节逆变技术新概念该系统由一个并联逆变器和十二个晶闸管组成的周波变换器构成 ,具有简单的自适应换流、高频电气隔离、独立的有功能量和无功能量控制、固有的四象限工作能力等优点。

目前，我国采用的变频调速装置基本上都是低压的，即电压为380～690V，而在节能方面起着更主要作用的高电压大容量变频器在我国尚处于起步阶段。

是什么原因阻碍了高压大功率变频调速技术的应用呢？主要原因一是大容量（200kW以上）电动机的供电电压高（6kV或者10kV），而电力电子器件的耐压等级和所承受的电流的限制，造成了电压匹配上的困难；二是高压大功率变频调速系统技术含量高，难度大，成本高，而一般的风机、水泵等节能改造项目都希望低投入、高回报，较少考虑社会效益和综合经济效益。

这两个原因使得高压变频调速技术的发展和推广受到了限制，因此，提高电力电子变流装置的功率容量，降低成本，改善其输出性能是现代电力电子技术的重要发展方向之一，也是当前世界各国相关行业竞相关注的热点，为此，国内外各变频器生产厂商八仙过海，各有高招，虽然其主电路结构不尽一致，但都较为成功地解决了高压大容量这一难题。

1.大功率电力电子变流装置的拓扑学进展近年来，各种高压变频器不断出现，可是到目前为止，高压变频器还没有像低压变频器那样具有近乎统一的拓扑结构。

根据高压组成方式，可分为直接高压型和高— 低— 高型；根据有无中间直流环节，可以分为交— 交变频器和交— 直— 交变频器。

在交— 直—交变频器中，根据中间直流滤波环节的不同，又可分为电压源型( 也称电压型) 和电流源型( 也称电流型) 。

高— 低—高型变频器采用变压器实行降压输入、升压输出的方式，其实质上还是低压变频器，只不过从电网和电动机两端来看是高压的，这是受到功率器件电压等级限制而采取的变通办法。