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基于多电平技术的无隔离变压器光伏发电系统研究与设计

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基于多电平技术的无隔离变压器光伏发电系统研究与设计

作者：王玮誉山东大学

学位级别：硕士

在能源和环境问题日益严重的今天,太阳能以其无污染、无噪音、分布广泛等优势越来越受到人们的关注。目前大多数的光伏并网发电系统都含有隔离变压器,而隔离变压器较大的损耗无疑降低了整个系统的效率,并且变压器体积较大,造价较高。因... 详细信息

在能源和环境问题日益严重的今天,太阳能以其无污染、无噪音、分布广泛等优势越来越受到人们的关注。目前大多数的光伏并网发电系统都含有隔离变压器,而隔离变压器较大的损耗无疑降低了整个系统的效率,并且变压器体积较大,造价较高。因此无隔离变压器的系统结构是光伏发电系统的发展趋势之一。但是由于移除了隔离变压器,无隔离变压器光伏发电系统存在着漏电电流问题。本文研究了一种基于混合箝位型多电平无隔离变压器光伏发电系统。该系统不仅解决了无隔离变压器光伏发电系统中的漏电电流问题,而且由于其采用的是三电平逆变器,因此谐波较少,对滤波设备要求较低,从而进一步减小了系统的损耗,降低了系统的造价,提高了系统的整体效率。与二极管箝位型光伏发电系统相比,本文研究的混合箝位型三电平光伏发电系统易于解决直流侧电容电压不平衡问题,大大降低了控制策略的复杂性,有利于电平级数的扩展。本文第一章介绍了太阳能光伏发电技术的国内外发展状况,介绍了课题的研究背景和意义,第二章对目前国际上应用于无隔离变压器光伏发电系统的各种电路拓扑结构从理论上进行了详细的分析和比较,并研究基于混合箝位型无隔离变压器光伏发电系统这种新型拓扑结构。第三章详细分析了漏电电流产生的原因和影响漏电电流的各种因素,并采用公式法和等效电路法从理论上对本文研究的混合箝位型三电平光伏发电系统漏电电流问题进行分析,两种方法都从理论上证明了混合箝位型三电平光伏发电系统总共模电压是恒定值,因此不存在漏电电流问题。第四章设计并研制了5kVA混合箝位型三电平光伏逆变电源样机。样机在独立运行时采用LC滤波方式,并网时采用LCL滤波方式,并选取和设计了合适的滤波参数。研制了以TI公司的TMS320LF2812DSP为控制芯片的主控板,以三菱公司的M57959L芯片为驱动芯片的驱动板,以及检测电路、过流保护、驱动保护和高温保护等保护电路。随后介绍了DSP软件开发环境,详细分析了载波移相PWM调制子程序的设计和主程序的编写并给出程序流程图,介绍了电压电流双闭环控制策略的原理和设计,并总结了编程的注意事项。进行了基于MATLAB/SIMULINK混合箝位型三电平光伏发电系统仿真,模拟了载波移相法控制策略,采用电压电流双闭环构成了闭环系统,仿真结果验证了理论分析的正确性。并在仿真的基础上,设计并安装运行了5kVA混合箝位型三电平光伏发电系统,并给出实验波形。

关键词：漏电电流多电平技术无隔离变压器光伏发电系统

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多电平技术在电力系统中的应用

四川电力技术 2007年第1期30卷 25-29页

作者：叶剑锋钟翀成都电业局青白江供电局四川成都610300 四川电力试验研究院四川成都610072

电力电子技术在电力系统中具有十分广阔的应用前景。多电平变换器是电力电子研究领域的核心技术之一。对已有的多电平技术在电力系统中的应用进行了归纳和分析,最后预测了其发展趋势。

关键词：电力电子多电平技术电力系统

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多电平技术在直驱型风力发电中的应用

数字技术与应用 2015年第1期33卷 110-112页

作者：陈佳许湘莲李钢朱俊洋武汉理工大学自动化学院湖北武汉430070

由于全球范围内面临着能源危机和环境问题,因此新的清洁能源发电逐渐受到世界的广泛关注,其中风力发电正在被研究和开发中,取得了长足的进展。本文在研究二极管箝位H桥型逆变单元电路的基础上,将两个功率单元级联输出,构成二极管箝位级... 详细信息

由于全球范围内面临着能源危机和环境问题,因此新的清洁能源发电逐渐受到世界的广泛关注,其中风力发电正在被研究和开发中,取得了长足的进展。本文在研究二极管箝位H桥型逆变单元电路的基础上,将两个功率单元级联输出,构成二极管箝位级联型逆变器。文章详细的分析了二极管箝位H桥逆变单元和混合箝位型逆变器的相关知识,并给出了两种电路的仿真结果。分析结果表明:级联后可以提高输出电压等级,减少总的谐波系数,电流波形更接近于正弦。

关键词：多电平技术级联谐波系数逆变器

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STATCOM工作原理与现场应用

中文科技期刊数据库（文摘版）工程技术 2024年第2期 5-9页

作者：刘洋荣信汇科电气股份有限公司辽宁鞍山114000

本文主要论述了STATCOM在柔性交流输电系统中重要的地位,应用在多领域中,在输电网,风电场,电气化铁路,冶金领域中发挥重要作用。并且对比传统补偿装置论述了STATCOM快速性、动态性的优势。另外,介绍了STATCOM的工作原理,控制电流、电压... 详细信息

本文主要论述了STATCOM在柔性交流输电系统中重要的地位,应用在多领域中,在输电网,风电场,电气化铁路,冶金领域中发挥重要作用。并且对比传统补偿装置论述了STATCOM快速性、动态性的优势。另外,介绍了STATCOM的工作原理,控制电流、电压角度关系,如何输出感性、容性无功,及多电平实施方案。本文章还介绍了陕西国华锦界能源有限责任公司承担的锦能公司三期两套STATCOM次同步谐振抑制装置的实例分析,并介绍了STATCOM装置的性能实验等。

关键词： STATCOM 多电平技术次同步抑制性能实验

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新型三相五电平整流器拓扑及控制技术研究

新型三相五电平整流器拓扑及控制技术研究

作者：李情湖南大学

学位级别：硕士

作为交流电网和直流设备的接口,将脉宽调制(Pulse Width Modulation,PWM)技术和多电平技术结合应用于大功率整流器装置,在有效解决电网谐波污染问题和提高系统效率等方面具有重要意义。因具有谐波含量少、器件应力低、电磁干扰小等优点... 详细信息

作为交流电网和直流设备的接口,将脉宽调制(Pulse Width Modulation,PWM)技术和多电平技术结合应用于大功率整流器装置,在有效解决电网谐波污染问题和提高系统效率等方面具有重要意义。因具有谐波含量少、器件应力低、电磁干扰小等优点,多电平PWM整流器成为了充电桩、数据中心电源和激光电源等中高压大功率非能量回馈应用领域的首选方案。目前,三电平拓扑及其控制技术发展较为成熟,在工业得到了广泛使用,但因其受电压等级限制,仍需寻求更高电平拓扑方案来提高工业应用价值。本文根据中点箝位型五电平整流器拓扑结构并结合悬浮电容平衡机理,通过器件复用、简化无功支路,提出了一种新型三相五电平整流器拓扑及控制技术。所提拓扑的每相桥臂仅含3个有源开关管、6个二极管和1个悬浮电容,且所有开关管电压应力均为直流母线电压的1/4,与同类五电平整流器相比,半导体器件和悬浮电容的数量更少,降低了系统成本,提高了功率密度。本文围绕所提整流器拓扑的工作原理、数学模型、调制技术、控制策略以及实验样机软硬件设计等方面展开了研究与叙述。首先,本文详细介绍了新型三相五电平整流器的拓扑结构,分析了各个模态的工作原理与开关序列,讨论了基于载波相移的调制方法及特点,阐述了悬浮电容电压自平衡机理,并分析了拓扑电路中各半导体器件的电压电流应力和损耗计算。其次,本文建立了新型三相五电平整流电路数学模型,并根据数学模型设计了控制系统中双闭环控制器的相关参数,提出了两种注入控制分量至调制信号的控制方法以平衡直流母线中点电压和悬浮电容电压,在MATLAB/Simulink仿真软件中验证了所提拓扑的正确性和控制参数的合理性。最后,在理论研究分析和仿真模型验证的基础上,搭建了一台3k W三相五电平整流器实验样机,并展开了动稳态实验。实验结果表明,本文所提出的新型三相五电平整流器不仅可以获得稳定的直流输出电压、较高的功率因数(Power Factor,PF)和较低的电流总谐波失真(Total Harmonic Distortion,THD),而且具有优异的动态响应和抗扰动能力。

关键词：整流器脉宽调制技术多电平技术双闭环控制功率因数总谐波失真

基于多电平逆变器的高频感应加热电源若干问题的研究

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电工技术学报 2007年第6期22卷 82-88页

作者：刘庆丰王华民冷朝霞刘丁西安理工大学自动化与信息工程学院西安710048

由于功率金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)电压容量等级较低,为实现高频感应加热电源的大功率输出,对基于多电平变换技术的串联谐振电压源逆变电路在感应加热电源中的应用问题进行了研究。给出了一种带无源无损吸收电路的多电平逆变拓... 详细信息

由于功率金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)电压容量等级较低,为实现高频感应加热电源的大功率输出,对基于多电平变换技术的串联谐振电压源逆变电路在感应加热电源中的应用问题进行了研究。给出了一种带无源无损吸收电路的多电平逆变拓扑结构以及吸收电路的参数设计方法,实现了逆变电路中二极管反向恢复现象的抑制及功率器件开关条件的改善;通过对逆变电路死区工作过程的分析,确定了逆变电路的信号触发方式,解决了负载电压二次换向及电压波形的调整问题。通过工作频率为500kHz的感应加热电源的仿真和实验结果,验证了研究工作的可行性及正确性。

关键词：感应加热多电平技术逆变电路拓扑反向恢复电流无源无损吸收电路

并网型级联H桥变换器直流电压平衡和功率均衡控制策略

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电力自动化设备 2014年第1期34卷 55-60页

作者：孙毅超赵剑锋季振东东南大学电气工程学院江苏南京210096

通过建立级联型H桥变换器的数学模型,详细分析了各个H桥之间直流侧电压、传输功率产生不平衡的原因和机理,并提出了一种新的基于调制波矢量重构技术的电压平衡和功率均衡控制策略。该方法在传统级联型H桥变换器双闭环控制以及直流电压... 详细信息

通过建立级联型H桥变换器的数学模型,详细分析了各个H桥之间直流侧电压、传输功率产生不平衡的原因和机理,并提出了一种新的基于调制波矢量重构技术的电压平衡和功率均衡控制策略。该方法在传统级联型H桥变换器双闭环控制以及直流电压平衡控制的基础上,通过引入调制波矢量误差分量对初始调制波矢量进行重构,不仅保证了直流侧电压平衡,而且能够使得各个H桥之间有功功率按需分配、无功功率等量分配。同时,基于线性调制理论,所提方法与直接修改调制比的电压平衡方法相比具有更宽的约束范围,能适用于更大负载不平衡度工况;MATLAB/Simulink仿真验证了所提控制策略的正确性与有效性。

关键词：多电平技术级联H桥变换器直流电压平衡功率均衡调制波矢量重构电压控制

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基于无桥PFC的单相三电平变换器设计

电工材料 2022年第5期 75-80页

作者：徐甜川张杰三峡大学电气与新能源学院湖北宜昌443000 东北电力大学经济管理学院吉林吉林132012

针对传统的Boost功率因数校正(PFC)电路存在效率低以及输入电流谐波含量大等缺点,提出了一类新型无桥三电平PFC电路。该电路设计了一个单开关管双向开关单元,去除二极管整流桥,减小电路损耗。此外,通过级联一个T型双向开关分支将输出电... 详细信息

针对传统的Boost功率因数校正(PFC)电路存在效率低以及输入电流谐波含量大等缺点,提出了一类新型无桥三电平PFC电路。该电路设计了一个单开关管双向开关单元,去除二极管整流桥,减小电路损耗。此外,通过级联一个T型双向开关分支将输出电压电平数抬升至三电平,降低开关电压应力,提高输入电流的电能质量。结合多载波脉宽调制法和双闭环控制策略来产生开关脉冲信号,控制开关管的有序通断,实现桥臂电压三电平输出。以对称无桥三电平PFC电路为例,通过matlab/simulink搭建一个1 kW仿真平台进行试验,在稳态和动态下分析所提电路的有效性和可行性,并测得该电路输入电流THD为3.45%,效率最高为97.5%。

关键词：多电平技术无桥三电平变换器多载波脉宽调制双闭环控制系统

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牵引变流器优化控制仿真研究

计算机仿真 2015年第2期32卷 188-193页

作者：谭喜堂成林坤朱琴跃张红梅同济大学电子与信息工程学院上海201804

在电力机车牵引变流器优化控制的研究中,动车组牵引变流器是动车组完成电能转换和传递的关键部件,性能好坏直接关系到动车组能否安全可靠运行。针对CRH2A型牵引变流器输出电压变化率大、谐波含量高等问题,对多电平技术在牵引变流器中的... 详细信息

在电力机车牵引变流器优化控制的研究中,动车组牵引变流器是动车组完成电能转换和传递的关键部件,性能好坏直接关系到动车组能否安全可靠运行。针对CRH2A型牵引变流器输出电压变化率大、谐波含量高等问题,对多电平技术在牵引变流器中的应用进行了研究。首先分析了二极管箝位型五电平变流器(DCMLC)和模块化五电平变流器(M2LC)的工作原理及控制策略,分别构建了牵引变流器的优化模型;并根据CRH2A型牵引变流器主电路实际设计参数应用Matlab仿真软件对五电平DCMLC和M2LC分别进行了建模和仿真,比较和分析了牵引变流器中不同逆变器电路拓扑结构及其对应的控制策略对系统输入输出性能的影响。仿真结果初步验证了两种优化模型对CRH2A型牵引变流器性能的改善效果。

关键词：牵引变流器多电平技术正弦脉宽调制载波移相脉宽调制电压均衡控制输入输出性能分析