下载文档原格式
一种混合功率器件三相三电平 anpc-dab 变换器及其调制方法引言随着电力电子技术的不断发展，各种功率器件和变换器拓扑结构不断涌现，以满足不同领域对功率电子转换器的需求。
在新能源互联网中，变换器作为电能的接口和转换装置，其性能和效率对系统的运行和电能利用具有重要的影响。
混合功率器件三相三电平ANPC-DAB变换器是一种新型的变换器拓扑结构，具有优异的性能和适用性，逐渐成为研究的热点之一。
本文将介绍混合功率器件三相三电平ANPC-DAB 变换器的结构和工作原理，并重点探讨其调制方法及其在新能源互联网中的应用。
一、混合功率器件三相三电平ANPC-DAB变换器的结构混合功率器件三相三电平ANPC-DAB变换器是由混合功率器件组成的三相桥臂和空间矢量调制的DAB变换器组成的。
混合功率器件是指SiC（碳化硅）器件和Si（硅）器件混合的功率器件。
其结构如图1所示，主要包括三相桥臂和DAB变换器两个部分。
在三相桥臂中，采用混合功率器件，即每个桥臂由一个SiC功率器件和两个Si功率器件组成。
这种混合功率器件的设计能够兼顾SiC功率器件的高工作频率和高温特性，以及Si功率器件的低成本和稳定性。
在DAB变换器中，采用空间矢量调制技术，通过对六个桥臂开关器件的控制，实现对输出电压的调节和控制。
图1混合功率器件三相三电平ANPC-DAB变换器结构示意图二、混合功率器件三相三电平ANPC-DAB变换器的工作原理混合功率器件三相三电平ANPC-DAB变换器的工作原理主要包括两个部分，即混合功率器件三相桥臂的工作原理和DAB变换器的工作原理。
1.混合功率器件三相桥臂的工作原理混合功率器件三相桥臂是通过对三个相间的功率开关器件进行PWM 控制，以实现对三相交流电源的变换和调节。
在正半周和负半周的交流信号中，通过调节各桥臂的开关器件，可以实现对输出电压的控制。
混合功率器件的优势在于，SiC功率器件具有高工作频率和高温特性，可以提高整个系统的工作效率和稳定性，而Si功率器件则通过低成本和稳定性，降低了整体设计的成本和复杂度。
关于单相-三相转换器的最新技术报告摘要：在结构与控制策略于科技著作中已被广泛确立的今天，运用电力电子器件的单相-三相转换器已然成为一种广为人知的技术。
这些年来，关于其结构的设想被明显的分为两个主要方向：1）组件数量减少的构造；2）组件数量增加的构造。
进行减少组件数量的拓扑结构方面的研究是多年来的趋势，从某些方面看这是因为相比应用在dc-link总线上的电容元件，电力开关器件成本过高，故而转换器的铁心柱有时会使用中心电容来替代。
然而，随着半导体器件价格的不断降低，这种趋势也发生了变化，特别在追求高可靠性、高效率、低失真的情况下，增加组件数量的结构已经成为一种令人感兴趣的选择。
本篇文章不仅对两种结构进行了全面的回顾，而且包含了单相ac-三相ac直接转换器以及旨在降低dc-link电压波动的转换器的结构。
本文的目的在于向对单相-三相功率转换技术有兴趣的专家学者们提供完整的技术现状。
关键词：功率调节、电力电子转换器件、脉冲宽度调制转换器件一、导言电能传输领域中，单相电网方案由于其成本远低于三相方案的特点一直被当做对偏远地区供电的的可行方案，故而在像巴西这样需要电网覆盖广阔范围的大国里，单相电网运用的相当普遍。
另一方面，连接在三相电源中的负载表现出许多单相负载所没有优点，当连接电机时，这些优点表现的尤为明显，比如：稳定的转矩、稳定的功率、较小的尺寸等。
因此，单相-三相转换系统有着巨大的市场需求。
从应用方面来看，每当提及单相-三相转换器，首先想到的就是三相电机拖动系统。
但是，作者声称，在农村地区的应用中给三相异步电动机供电不再是单相-三相转换器的主要功能。
随着农业科技的发展，一些局部负载（比如：电力电子转换器、电脑、通讯工具等）要求电源电源质量的提高，既：正弦性、对称性、三相电压平衡性。
过去，单相-三相转换系统通过连接配备自耦变压器的无源器件来实现，这类系统有着众所周知的缺点与限制。
那时，运用半导体功率二极管和闸流元件的电力电子器件才刚刚出现。
三相交错并联DC/DC变换器充放电功率分配控制策略作者：谢冰纪延超王建赜王赫马冲来源：《电机与控制学报》2018年第11期摘要：为了降低充放电电流纹波、延长蓄电池使用寿命，提高多变换器并联时功率均衡的速度，针对三相交错并联型DC/DC储能功率变换器，提出一种基于荷电状态幂次方的充放电功率分配控制策略。
通过引入电压补偿系数，防止蓄电池放电过程中直流母线电压的跌落；以两阶段充电为例，提出功率修正算法，避免分配到的充电功率大于模块自身的额定功率，造成蓄电池过充。
对不同均衡速率、多模块运行的暂态特性、充放电转换等条件下的变换器功率分配情况进行仿真验证，结果表明所提控制方法可以快速、有效的对蓄电池进行充放电功率分配控制。
关键词：三相交错并联；荷电状态；电压补偿系数；功率均衡；功率修正算法随着电网中可再生能源的介入及电动汽车的快速发展，储能技术成为当今电气领域的研究重点之一[1-2]。
储能技术可以解决新能源发电的间歇性和波动性问题，同时优化了传统电网的结构形态、调度管理、运行方式。
目前，电池储能技术已从低压、小容量的研究和应用发展到高压、大容量的研究和应用[3-6]。
三相交错并联DC/DC变换器输出电流纹波系数小，储能元件体积小，有利于延长蓄电池使用寿命，更加适用于大功率储能场合[7-9]。
根据功率等级的大小，储能系统往往需要多个模块并联运行，当多模块并联运行时，功率分配是一项重要的研究内容[10]。
本文在三相交错并联型电池储能变换器基础上，对储能模块的功率分配控制策略进行研究。
在模块化多电平储能系统中，文献[11]提出了一种三级电池充放电均衡策略，通过调节零序电流相量、调制波幅值、参考电流等实现子模块功率的分配；文献[12]将储能单元整体从模块化多电平变换器（modular multilevel converter， MMC）中分离出来。
通过调节MMC直流桥臂中各电池组的投入时间实现荷电状态（state of charge， SOC）均衡控制，增加了系統整体的控制难度。
一种混合功率器件三相三电平 anpc-dab 变换器及其调制方法混合功率器件三相三电平ANPC-DAB变换器是一种新型的功率电子设备，其具有高效率、高性能、高可靠性等特点，逐渐成为电力系统中替代传统变频器的重要装置。
本文将详细介绍ANPC-DAB变换器的原理、结构和调制方法。
一、ANPC-DAB变换器的原理及结构ANPC-DAB变换器是基于多电平全桥拓扑结构的三相变换器，其中ANPC代表Active Neutral Point Clamped，DAB代表Dual Active Bridge。
ANPC-DAB变换器的主要构成包括DC电源、多电平全桥逆变电路、谐振电感及滤波电容。
其工作原理是将直流电源通过多电平全桥逆变电路转换为三相交流电源，然后经过谐振电感和滤波电容进行滤波处理，最后输出给负载。
在ANPC-DAB变换器中，多电平全桥逆变电路是变换器的核心部件。
它由多组IGBT和二极管组成，可以产生多个电平的输出电压。
具体来说，由于连接了多个拓展电容器，多电平全桥逆变电路在每个半周期结束时会在其中三相电压的中点上增加电压电平，从而实现了功率的平衡。
同时，在变频器的电压端子上设置谐振电感和滤波电容，可以有效滤除谐振和高频干扰。
二、ANPC-DAB变换器的调制方法ANPC-DAB变换器的调制方法意味着如何在逆变过程中控制开关器件的开关状态，以实现输出电压的稳定性和质量。
常用的调制方法包括脉宽调制（PWM）和谐振脉冲调制（RPM）。
1.脉宽调制（PWM）脉宽调制是一种广泛应用于电力电子变换器中的调制方法。
它通过改变开关器件导通时间的占空比来控制输出电压的大小。
在ANPC-DAB变换器中，脉宽调制通过对每个拓展电容器的电压进行调制，以实现输出电压的控制。
一般采用的调制策略包括Sinusoidal Pulse Width Modulation（SPWM）和Space Vector Modulation（SVM）。
课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：题目: 三相交流变换器装置设计初始条件：输入三相交流电：380V，50Hz。
要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、输出单相交流电，220V，400Hz2、采用两级变换：AC/DC,DC/AC。
3、完成总电路设计时间安排：课程设计时间为两周，将其分为三个阶段。
第一阶段：复习有关知识，阅读课程设计指导书，搞懂原理，并准备收集设计资料，此阶段约占总时间的20%。
第二阶段：根据设计的技术指标要求选择方案，设计计算。
约占总时间的40%。
第三阶段：完成设计和文档整理，约占总时间的40%。
指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日、目录摘要 (1)1方案的论证 (2)1.1总体原理图 (2)1.2三相整流电路方案 (3)1.3单相逆变电路方案 (4)1.4滤波电路方案 (4)1.5控制电路方案 (5)2电路设计 (6)2.1主电路设计 (6)2.1.1主电路组成 (6)2.1.2主电路参数计算 (6)2.1.3器件选择 (7)2.2驱动电路设计 (8)2.2.1芯片M57962L介绍 (8)2.2.2驱动电路 (9)2.3控制电路设计 (10)2.3.1芯片ICL8038介绍 (10)2.3.2芯片ICL8038输出频率的计算 (12)2.3.3控制电路设计 (13)3电路仿真验证 (16)3.1仿真电路 (16)3.2仿真波形 (17)4设计小结 (18)参考文献 (19)附录：考虑死区时间的控制电路 (20)三相交流变换器装置设计摘要近年来，随着各行各业的技术水平和操作性能的提高，它们对电源品质的要求也在不断提高。
为了高质量和有效地使用电能，许多行业的用电设备都不是直接使用交流电网提供的交流电作为电能源，而是根据用电设备的要求采用电力电子技术对电能进行变换，从而得到各自所需的电能形式。
而实现这一功能的装置就是交流变换器。
一种混合功率器件三相三电平 anpc-dab 变换器及其调制
方法
混合功率器件三相三电平ANPC-DAB变换器是一种用于变换
直流电压到交流电压的功率电子变换器。
它结合了多电平
逆变器和ANPC（Active Neutral Point Clamped）拓扑结构，能够提供高效的功率转换和低谐波失真。
ANPC-DAB变换器的基本拓扑结构由六个功率开关组成，分
为上下两个桥臂和一个中性点。
每个桥臂由两个开关组成，分别连接到直流电源和交流负载。
中性点连接到中性电压源。
ANPC-DAB变换器的调制方法是通过对各个功率开关的开关
状态进行控制来实现。
常用的调制方法有三角波PWM调制
和空间矢量调制。
三角波PWM调制方法是将一个三角波信号与一个参考信号
进行比较，根据比较结果来确定每个开关的开关状态。
通
过调整参考信号的幅值和频率，可以控制输出电压的幅值
和频率。
空间矢量调制方法是将输出电压表示为一个空间矢量，通
过控制空间矢量的方向和大小来实现对输出电压的调节。
空间矢量调制方法可以实现更好的谐波性能和动态响应。
ANPC-DAB变换器的调制方法需要考虑到各个功率开关的互
锁和平衡控制，以保证变换器的正常运行和高效性能。
总结起来，混合功率器件三相三电平ANPC-DAB变换器是一种高效、低谐波失真的功率电子变换器，通过调制方法对各个功率开关的开关状态进行控制，将直流电压转换为交流电压。
三相单相矩阵变换器在现代电力系统中，电能的传输和分配是至关重要的。
为了满足不同的需求，电力系统中使用了各种类型的变压器来实现电能的转换和传输。
其中，三相、单相和矩阵变换器是常用的类型之一。
三相变换器是一种用于将三相电能转换为单相电能或反之的设备。
它由三个相互连接的线圈组成，每个线圈都与电源相连。
当三相电源输入到变压器时，它会将三相电能转化为单相电能，并输出到负载中。
三相变压器通常用于工业和商业领域，因为它们能够提供大量的功率，并且可以满足大型设备的需求。
相比之下，单相变压器是一种用于将单相电能转换为三相电能或反之的设备。
它由一个主要线圈和若干个次级线圈组成。
当单相电源输入到变压器时，它会将单相电能转化为三相电能，并输出到负载中。
单相变压器通常用于家庭和小型商业领域，因为它们能够提供适量的功率，并且可以满足一般家用电器的需求。
另一种常见的变压器类型是矩阵变换器。
矩阵变换器是一种使用多个可控开关来实现电能转换的设备。
它由多个矩阵模块组成，每个模块都包含若干个开关和线圈。
当电源输入到矩阵变换器时，开关会根据控制信号的变化，将电能转换为所需的相位和电压形式，并输出到负载中。
矩阵变换器通常用于高精度电力转换和电力质量控制领域，因为它们能够提供高度可控的电能转换，并且可以满足特定的电力要求。
无论是三相变换器、单相变换器还是矩阵变换器，它们都在电力系统中扮演着重要的角色。
它们能够实现电能的转换和传输，满足不同负载的需求。
同时，它们还能够提供高效、稳定的电力供应，确保电力系统的正常运行。
三相、单相和矩阵变换器是电力系统中常用的变压器类型。
它们能够实现电能的转换和传输，满足不同负载的需求。
无论是在工业、商业还是家庭领域，它们都发挥着重要的作用。
通过合理选择和使用变压器，我们可以确保电力系统的稳定运行，为人们的生活和工作提供可靠的电力供应。
三相单级全桥PFC变换器电压尖峰产生机理分析与抑制Analysis and Suppression of Mechanism of V oltage Spike in a Three-Phase Single-StageFull-bridge PFC Converter哈尔滨工业大学电气工程系贲洪奇孟涛Email: b enhq@ Department of Electrical Engineering, Harbin Institute of Technology Ben Hongqi Meng Tao摘要﹕文中提出一种基于全桥结构的三相单级功率因数校正(PFC)变换器，该变换器工作于电感电流断续模式(DCM)，电感电流即输入电流的峰值自动跟踪输入电压，可实现功率因数校正。
详细分析了当桥臂开关对臂导通时，变压器原边电压尖峰的产生机理，并给出一种可抑制该电压尖峰的变压器原边电压箝位电路。
实验研究表明，箝位电路的采用使得变压器原边及各开关管电压尖峰得到了有效抑制。
Abstract: This paper presents a three-phase single-stage power factor correction (PFC) converter based on full-bridge structure, which operates in discontinuous conduction mode (DCM). The peak of current in inductances (the input current) follows the input voltage automatically, so the PFC function can be achieved. The mechanism of voltage s pike in primary side of the transformer is analyzed in details when t he bridge diagonal-leg switches turn on, and a voltage clamping circuit in the primary side of the transformer is given, which could suppress the voltage spike. The voltage spike in primary side of the transformer and the switches is suppressed properly due to the adoption of voltage clamping circuit, which has been verified in experimental research.关键词﹕三相；单级；功率因数校正；电压箝位Keywords: three-phase; single-stage; power factor correction (PFC); voltage clamping1引言有源功率因数校正(简称PFC)技术，主要分为单相和三相两大类。
三相逆变器工作原理
三相逆变器是一种将直流电能转换为交流电能的装置。
它通过将输入的直流电压分别转换为三个不同的交流电压，并将它们相互间的相位差保持在120度，最终形成一个稳定的三相交流电输出。
其主要工作原理如下：
1. 电流整流：三相逆变器首先接收来自电源的直流电压，并通过整流电路将其转换为固定的直流电流。
整流电路通常采用可控硅等器件，通过控制开关状态来实现电流的正向导通。
2. 滤波：直流电流经过整流后，可能会存在一些脉动成分。
为了减小脉动，需要在逆变器输出端加入滤波电路，将直流电流转换为平滑的直流电压。
滤波电路通常由电容器和电感器组成。
3. 逆变：经过滤波后的直流电压通过逆变器电路转换为交流电压。
逆变器电路通常由六个功率开关器件（如晶体管或IGBT）组成，以形成一个全桥逆变拓扑结构。
通过控制这些功率开关的导通和断开，可以将直流电压转换为三相交流电压输出。
4. 输出滤波：逆变器输出的交流电压可能存在一定的高频脉动成分，为了减小这些脉动，需要在输出端加入滤波电路。
输出滤波电路通常由电容器和电感器组成，用于消除高频成分，使输出电压更加平滑。
通过以上工作原理，三相逆变器可以将直流电能转换为高质量的三相交流电能供电给负载。
在实际应用中，逆变器通常还会
加入保护电路、控制电路等辅助功能，以确保其安全和稳定运行。
逆变器并网电流环控制
1连接电抗器设计
图1并网逆变器主电路图
并网逆变器主电路图如图1所示。
滤波电感参数的计算过程如下：
假设在t k 时刻起始的一个开关周期内数值近似保持不变为U k ，电感电流平均值为I Lk ，电流纹波增加量为+L I ∆和减小量-L I ∆相等，均为L I ∆，桥式逆变电路输出电压波形为u i ，占空比为D ，直流电压为V DC ，开关周期为T s ，则t k 即刻起始的一个开关周期内逆变器电压和电感电流波形如图2所示。
图
2逆变器电压和电感电流波形
由图可知，当k k s t t t DT <<+时，+-=
dc k
L s M V U I DT L
∆⋅⋅；当+k s k s t DT t t T <<+时，-=(1)k
L s U I D T L ∆⋅-。
化简得：
dc k
s s M U U DT T L L
⋅⋅=⋅ 2(1)()dc dc
L s s M V M V I D D T D D T L L
∆⋅⋅=-=-
当占空比D=0.5时且V dc 最大时，L I ∆达到最大 则
V
max max
4dc s
L M V T I
L ⋅∆⋅=
max max
4dc s L M V T L I ∆⋅≥
在本设计中取直流侧输入电压最大值_max 900V dc V =；10KHz s f =；7.58A o I =
；
max =15% 1.61L o I A ∆=；=6.89mH L ；=7mH L 。
2电流环设计与仿真
同步旋转坐标系下，逆变器的交流侧电压表达式为
d d gd q q q gq d di v L u i dt
di v L u i dt ωω⎧
=-++⎪⎪⎨
⎪=-+-⎪⎩
考虑到需要对逆变器的有功无功进行解耦控制，因此在本设计中采用基于d
轴电网电压定向的控制策略，则逆变器交流侧电压表达式可变为
d d gd q q q d di v L u i dt
di v L i dt ωω⎧
=-++⎪⎪⎨
⎪=--⎪⎩
带解耦的电流闭环控制框图如图3所示。
可通过电流状态反馈来实现两轴电
流间的解耦控制。
图3电流闭环控制框图
电流环的参数计算
考虑主电路部分d 轴电流解耦后的传递函数和q 轴电流的控制框图如图4所示。
图4dq 轴电流控制框图
则d 轴电流和q 轴电流的传递函数分别为
()p i
pwm 2d K s K K G s s LTs Ls +=
⋅+ ()p i
pwm 2q K s K K G s s
LTs Ls +=
⋅
+
三相逆变桥可等效为惯性环节，在采用SPWM 的调制方式时，dc
2
PWM V K =
，惯性环节的时间常数T 为开关周期。
本设计中开关频率=10s f KHz ，T=0.0001。
PI 调节器的零点设置为z f =50Hz ，穿越频率c f =50Hz ，穿越频率处的增益为1，故可得
2f f 2100+=1s +s i
c P
pwm P K f K K K s Ki s L T L ππ⎧==⎪⎪⎨
⎪∙⎪⎩
得Kp=0.0064；Ki=2.0156。
仿真设计
d
q
图5仿真系统图逆变器
电网
控制部分坐标变换
锁相环电流环控制
调制信号驱动信号
电流环控制框图
图8锁相环控制框图
采用SPWM时的仿真结果图如下：
仿真条件：直流母线电压设置为580V，d轴电流给定值为0；2s时给定为1；4秒时给定为0.5。
Kp=0.8，Ki=23。
不采用过调制时的仿真如图9所示。
（a）电压电流波形（b）d轴电流跟踪效果图
（c）q轴电流跟踪效果图
（d）调制比波形图
仿真条件：直流母线电压设置为900V，d轴电流给定值为0；2s时给定为1；4秒时给定为0.5。
（a）电压电流波形
（b）d轴电流跟踪图
（c）q轴电流跟踪效果图
（d）调制比波形图
采用SVPWM仿真结果：
580V
（a）电压流波形
（b）d轴电流跟踪效果图
（c）q轴电流跟踪效果图900V
（a）电压电流波形图
（b）d轴电流跟踪效果图
（c）d轴电流跟踪效果图
根据以上仿真结果可得，当电感值为14Mh时的控制器跟踪效果不好，因此需要将电感值减小进行仿真。
现将电感值减小为6Mh。
再利用SVPWM仿真得到的结果如下。
直流母线电压580V
（a）电流电压波形图
（b）d轴电流跟踪效果图直流母线电压为900V
（a）电流电压波形图
（b）d轴电流跟踪效果图。
