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一种新型的模块化级联型多电平变换器拓扑结构王奎李永东郑泽东（清华大学电机系北京 100084）摘要H桥级联多电平逆变器在高压大容量变频调速领域得到了广泛的应用，其最大的不足之处是必须使用庞大、复杂而昂贵的多绕组移相隔离变压器。
为了省去传统H桥级联多电平变换器中的多绕组移相变压器，本文提出了一种新型的无变压器级联型多电平变换器拓扑结构，该拓扑由通用拓扑结构派生而来，全部由基本单元级联而成，不需要大量独立直流电源，省去了多绕组移相隔离变压器，具有模块性强、结构简单、易于扩展等优点。
和现有的主要的多电平拓扑结构相比，随着电平数的增多，使用元件较少，更适合于五电平及以上多电平使用。
本文以五电平拓扑为例进行了研究，分析了其工作原理和悬浮电容电压平衡控制方法，仿真和实验结果验证了其可行性。
关键词多电平变换器无变压器拓扑基本单元级联悬浮电容1．引言在高压大容量变频调速领域，多电平变换器由于在提高电压等级和减小输出谐波上的巨大优势，获得了越来越广泛的应用。
虽然各种新拓扑结构层出不穷，但目前在工业上应用最多的多电平拓扑结构还是二极管箝位式和H桥级联式结构[1-2]。
二极管箝位式三电平结构在中压变频调速领域应用广泛，但受限于器件耐压等级，输出电压不能进一步提高。
若采用更高电平的话，则存在电容电压难以平衡的问题。
虽然采用背靠背结构或者增加外部均压电路能够控制电容电压的平衡[3-5]，但结构复杂，箝位二极管数量也急剧增加。
在高压变频调速领域，H桥级联式结构占有绝对的优势，不仅可以采用大量低电压等级的器件实现高压的输出，而且具有结构模块化强，使用器件最少，可靠性高，输入功率因数高，输出不需使用滤波器等优点。
其不足之处是需要使用移相隔离变压器，而且电平数越多，需要的变压器副边绕组也越多。
而多绕组移相变压器体积大，制造困难，成本也很高。
为解决移相变压器带来的H桥级联变换器的缺点，本文提出了一种新型的无变压器级联多电平变换器拓扑，它秉承了H桥级联结构模块化的优点，通过功率单元级联可以很容易地实现更高电平。
新型电力电子变压器中的MMC与DC-DC变换器拓扑与控制策略研究新型电力电子变压器中的MMC与DC-DC变换器拓扑与控制策略研究随着电力系统的快速发展，电力电子器件在电力传输和分配中的应用也越来越广泛。
特别是电力电子变压器作为变压器的一种替代技术，因其高效率、小体积和可调节的特点，受到了广泛关注。
MMC（Modular Multilevel Converter）和DC-DC变换器作为电力电子变压器的两个重要组成部分，在其拓扑结构和控制策略中有着重要的作用。
MMC是一种多电平换流器，通过将多个H桥单元级联构成，能够实现高精度的电压和电流控制。
而DC-DC变换器则通过控制开关管的通断状态，将输入的直流电压转换为输出所需的直流电压。
在新型电力电子变压器中，MMC和DC-DC变换器可以结合使用，将输入的交流电压转换为直流电压，再通过DC-DC变换器将直流电压转换为输出所需的直流电压。
这种结合使用的拓扑结构不仅可以提高电力电子变压器的性能，还可以减少谐波和电磁干扰。
在拓扑结构的选择上，MMC和DC-DC变换器可以采用串联结构或并联结构。
串联结构中，MMC和DC-DC变换器可以按照传统的串联方式连接，其中MMC用于实现电压的调节，DC-DC 变换器用于实现电压的变换；而在并联结构中，MMC和DC-DC 变换器可以通过并联方式连接，将MMC的输出电压直接输入到DC-DC变换器中进行变换。
具体选择哪种结构，需要根据实际的应用需求和系统的特点进行综合考虑。
在控制策略方面，对MMC与DC-DC变换器的控制策略进行研究是非常重要的。
对MMC的控制策略可以通过调节每个H桥单元的开关状态来实现，从而控制输出电压和电流；对DC-DC 变换器的控制策略可以通过调节开关管的通断状态来实现，从而控制输出电压和电流。
在控制时，需要考虑到电力电子变压器的快速动态响应、高精度控制和电磁兼容性等方面的要求。
在研究中，可以采用模拟仿真和实验验证的方法来验证MMC与DC-DC变换器在电力电子变压器中的拓扑和控制策略的有效性。
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。
电力电子变换器的拓扑结构与性能优化电力电子变换器是现代电力系统中不可或缺的关键装置，它能将电能从一种形式转换为另一种形式，实现电力系统各个环节之间的能量传输和控制。
在电力系统中，电力电子变换器广泛应用于交流传输，直流传输，能源转换等领域，其中拓扑结构和性能优化是电力电子变换器研究的两个重要方面。
本文将着重讨论电力电子变换器的拓扑结构和性能优化，并通过对相关研究的综述和前沿进展的分析，探讨其在电力系统中的应用前景。
一、电力电子变换器的基本拓扑结构电力电子变换器的基本拓扑结构是根据电路中元器件的类型和相互连接方式来确定的。
根据元器件的类型，电力电子变换器可以分为二极管型变换器、晶闸管型变换器、绝热型变换器等；根据元器件的相互连接方式，电力电子变换器可以分为串联型变换器、并联型变换器、交叉型变换器等。
1. 二极管型变换器二极管型变换器是最简单的一种拓扑结构，它由二极管和电容组成，适用于低功率应用。
然而，由于其无法控制输出电流和输出电压，所以在高功率应用中受到限制。
2. 晶闸管型变换器晶闸管型变换器是应用最为广泛的一种拓扑结构，它由晶闸管和二极管组成。
晶闸管具有可控的导通和关断特性，可实现对输出电流和电压的控制。
晶闸管型变换器适用于中功率应用，但由于晶闸管的损耗较大，限制了其在高功率应用中的应用。
3. 绝热型变换器绝热型变换器是一种全控型拓扑结构，能够实现对输出电流和电压的精确控制。
绝热型变换器由MOSFET、IGBT或GTO等元器件组成，具有较低的开关损耗和较高的开关频率。
绝热型变换器适用于高功率应用，如高压直流输电系统。
二、电力电子变换器的性能优化电力电子变换器的性能优化是指通过优化电路参数、控制策略和拓扑结构等方面，提高变换器的性能指标，如效率、功率密度、输入电流谐波失真等。
下面将从这几个方面进行探讨。
1. 优化电路参数电力电子变换器的电路参数包括电感、电容和电阻等。
通过合理选择和设计这些参数，可以降低开关器件的损耗，提高变换器的效率和功率密度。
电机系统蒂能大容量多电平变换器拓扑一现状与进展李永东饶建业(清华大学电力电子研究所，北京100084)摘要自20世纪80年代以来，随着电力电子技术的飞速发展，大容量多电平变换器得到广泛应用并日趋高性能化。
大容量一般是指功率等级在数百千瓦以上。
实现大容量变换的途径有高电压、大电流，在实际应用中以高电压大容量更为典型，而其中多电平变换技术则是实现高电压大容量的关键。
本文对多电平变换技术的发展进行了回顾、比较以及总结，同时，还着重介绍了近几年国内外在这一领域研究的最新成果。
基于此，对大容量多电平变换技术的发展趋势进行了展望，希望对大容量多电平变换技术进一步的研究提供了一个参考。
关键词：高性能；多电平变换器；拓扑结构；高效节能T he D evel opm ent of H i gh Per f or m ance H i gh Pow er M ul t i level C onve r t e r sL i Y ong dong R ao J i anye(T s i n ghua U ni vers i t y，Bei j i ng100084)A bs t ract Si nce80s of l as t c ent ur y,w i t h t he devel o pm ent of pow er el ect r oni cs，hi gh pow er m ul t i l eve l convener s w i t h hi gh perf or m an ce hav e been w i de l y use d．G ener al l y spea ki ng，i n order t o r eal i ze hi gh pow er,hi gh-vol t a ge and／or hi i gh—cur r ent c a ll be us ed．I n appl i c at i ons，hi gh—vol t age hi gh—pow er t echnol ogy i s m ol e used，and t he key poi nt is m ul t i l eve l conver t er s．Thi s pap er s um m ar i zes t he devel opm ent of t he m ul t i l e ve lc onve r t e rs，a nd pr ese nt s t he r e cen t r ese a rc h ach i evem en t s a bout t he hi gh—vol t age m ul t i l eve l conver t er s．Fi nal l y,s o m e pr edi ct i ons of t he f ut ur e devel opm ent i n t hi s ar e a ar e gi ven，e xpec t i ng t o be he l pf ul t o t hef ut ur e re s ear c h w or k about t he hi gh-vol t a ge hi gh—pow er m ul t i l eve l conver t er s．K ey w or ds：hi gh perf or m ance：m ul t i l evel convert er s；topology：hi gh ef f i c i enc y1引言我国现有的电力系统容量虽然已经有了很大的提高，但电力紧张的现象依然严峻，而提高各类用电设备的生产效率和用电效率是解决问题的有效途径。
多电平变换器拓扑关系及新型拓扑王琛琛;李永东【摘要】多电平变换器在高压大容量电力电子及交流调速系统中已经得到了广泛应用.本文对多电平发展的历程进行了回顾,分析了多电平拓扑结构之间的联系,提出了通用多电平拓扑简化成其他多电平拓扑所要遵循的规律.在此基础上,提出了两种新的拓扑结构,并对其工作原理和控制方法进行了仿真研究.仿真结果验证了所提出的拓扑和控制方法的可行性,也进一步证明所提出的通用多电平拓扑简化规律的正确性.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2011(026)001【总页数】8页(P92-99)【关键词】多电平变换器;通用多电平;拓扑;内环辅助钳位【作者】王琛琛;李永东【作者单位】北京交通大学电气工程学院,北京100044;清华大学电力系统国家重点实验室,北京100084;清华大学电力系统国家重点实验室,北京100084【正文语种】中文【中图分类】TM461 引言多电平变换器从产生至今已经有近三十年的发展历史，其间产生了大量的拓扑结构。
研究多电平拓扑的目的是为了实现多电平输出，使变换器能够应用于更高电压等级的场合，提高输出电压的谐波性能。
研究各种拓扑的特点，分析并明晰各种拓扑之间的联系和区别，对于进一步研究拓扑具有重要意义。
本文首先对多电平变换器拓扑的发展做了一个回顾和讨论，整理了多电平变换器发展演变的思路，分析了多电平拓扑之间的联系，提出了通用多电平拓扑简化为其他拓扑的规律，在此基础上提出两种新的多电平拓扑结构，并对其工作原理和控制策略进行了仿真研究。
2 基本拓扑2.1 三极单元变换器实现多电平的最简单直接的方法就是构造一个多级直流电压源串联，且每级都有可控的独立输出通路，如图1a 所示。
这样的思想早在文献[1]中就已经被提出来。
但是受当时开关器件发展水平的限制，文章中采用反并联的晶闸管来实现这个开关的功能，晶闸管不能关断的缺点造成了不同等级电压通路之间的换流过程极其复杂，大大增加了控制的难度。
多电平变换器前景与应用一、多电平变换器的发展历程1. 电力系统多电平变换器在电力系统中有着广泛的应用前景。
电网输电环节的交直流变换、电网连接的升压变换、换流站的无级无间隔运行以及电网侧的无功补偿等方面，都需要高压、高功率、高效的变换器技术支持。
多电平变换器不仅能够提高变换器的能效，减少能量损耗，还能够有效改善电能质量，减少谐波污染，提高电网稳定性和可靠性。
2. 工业生产在工业生产中，各种大功率电机、变压器、焊接设备等都需要高压、大功率的电力支持。
多电平变换器的高效、低损耗、可靠性好等特点，使其非常适合于工业生产领域。
工业生产中的高压、大功率设备，使用多电平变换器技术可以降低能耗、提高生产效率、改善生产环境，从而降低生产成本，提高竞争力。
3. 新能源领域随着新能源的快速发展，如风电、光伏发电等新能源装备相继投入使用，对并网点的电能质量要求越来越高。
多电平变换器能够实现多电平输出，能够提高并网点的电能质量，并且对新能源装备的运行稳定性和可靠性有着积极的促进作用。
多电平变换器还能够实现能量的双向转换，提高新能源装备的利用效率，降低对电网的影响。
1. 功率密度进一步提高未来，多电平变换器技术将不断向着提高功率密度的方向发展。
高功率密度可以降低变换器的尺寸和重量，提高系统的集成度，降低系统成本。
在不断提高功率密度的过程中，需要更高效的功率半导体器件、更先进的散热技术、更成熟的集成设计技术等支撑。
2. 多级拓扑结构的进一步完善当前的多电平变换器主要有NPC、MMC和CSC等结构，未来，还会出现更多新的多级拓扑结构。
这些新的拓扑结构可能会结合更多的新型功率半导体器件、优化的控制算法等技术，从而形成更加高效、高性能的多电平变换器系统。
3. 智能化、数字化控制技术的应用随着电力系统的智能化、数字化发展趋势，多电平变换器技术也将朝着智能化、数字化的方向发展。
在变换器的控制、故障检测、运行状态监测等方面，将会广泛应用智能化、数字化的控制技术，从而降低操作维护成本，提高系统的可靠性。
超级电容储能系统的变换器拓扑结构研究王磊【摘要】超级电容储能系统对输出电压要实现精确调节,同时在充放电过程中其端电压的变化范围要尽量宽.为满足以上要求,本文提出了一种双向级联的变换器拓扑结构,并通过理论计算和仿真分析,对系统效率进行了对比,结果表明这一拓扑结构能够在全负载范围内实现软开关,降低了开关损耗,提高了超级电容储能系统的工作效率和功率密度,实验结果也验证了这一拓扑结构的可行性.%A novel converter is proposed to meet the requirement of the precise adjustment on the output voltage of super capacitor energy storage system and the change of the terminal voltage wide range during the charging and discharging process of the super capacitor units.System efficiency is analyzed through the simulation analysis and calculation.The results show that this kind of topological structure can realize soft switching in full load range.It can substantially reduce the switching loss and improve the working efficiency and power density of the energy storage system.The experimental results verify the feasibility of the topology.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2018(026)008【总页数】5页(P129-133)【关键词】超级电容;储能系统;变换器;拓扑【作者】王磊【作者单位】安康学院电子与信息工程学院,陕西安康 725099【正文语种】中文【中图分类】TN34超级电容储能系统可以对能量进行快速存储与释放，维持功率的双向流动，比其他的储能设备，具有更高的储能效率、更高的功率密度、更快的响应速度、更长的使用寿命。
