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一种增加辅助子模块的MMC改进混合调制控制策略

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电源学报 2024年第1期22卷 74-82页

作者：杨光源周诗嘉彭光强武霁阳辛清明许树楷中国南方电网超高压输电公司检修试验中心广州510663 南方电网科学研究院有限责任公司广州510080

传统的最近电平逼近调制NLM(nearest level modulation)具有控制简单,开关频率低的显著优势,但在输出电平数较少时,采用NLM调制的模块化多电平换流器MMC(modular multilevel converter)输出波形谐波畸变率较大。在传统三相六桥臂MMC拓... 详细信息

传统的最近电平逼近调制NLM(nearest level modulation)具有控制简单,开关频率低的显著优势,但在输出电平数较少时,采用NLM调制的模块化多电平换流器MMC(modular multilevel converter)输出波形谐波畸变率较大。在传统三相六桥臂MMC拓扑的各桥臂中增加1个全桥结构的辅助子模块,控制该辅助子模块的电容电压为半桥子模块的一半。针对该MMC拓扑,提出了一种改进的混合调制策略,该混合调制策略可以实现半桥和辅助子模块的平衡控制。在降低MMC交流侧输出电流的谐波畸变率同时,还可以降低全桥子模块的开关频率和系统损耗。在Matlab/Simulink中搭建了详细的仿真模型,仿真结果验证了所提MMC拓扑和改进混合调制策略的有效性。

关键词：模块化多电平变流器混合调制平衡控制降频控制

不对称三单元十三电平逆变器拓扑及其调制策略

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高电压技术 2024年第3期50卷 1205-1213页

作者：胡文华余书琨熊志磊郭嘉敏丁文斌刘智雄华东交通大学电气与自动化工程学院南昌330013

相比于对称型级联H桥多电平逆变器,混合级联H桥多电平逆变器可以使用较少H桥单元得到更高质量的输出电压,但传统混合级联多电平逆变器工作时单元间会出现电流倒灌的现象。针对上述问题,对电压比为1:3结构的Ⅲ型逆变器进行了改进,提出了... 详细信息

相比于对称型级联H桥多电平逆变器,混合级联H桥多电平逆变器可以使用较少H桥单元得到更高质量的输出电压,但传统混合级联多电平逆变器工作时单元间会出现电流倒灌的现象。针对上述问题,对电压比为1:3结构的Ⅲ型逆变器进行了改进,提出了一类电压比为3:2:1结构的不对称三单元十三电平逆变器。并针对该逆变器提出了一种融合阶梯波与脉宽调制波优点的混合调制策略,对该调制策略下所得的部分脉冲进行逻辑运算并分配,解决了传统Ⅲ型逆变器所存在的电流倒灌问题,提高了输出电压的电能质量。该混合调制策略下高中压单元工作在较低频率,低压单元工作在较高频率,以保证逆变器的输出电压质量。最后通过仿真和实验共同验证了所提逆变器拓扑结构以及该混合调制策略的正确性和可行性。

关键词：多电平逆变器拓扑优化混合调制逻辑运算电流倒灌

DCM单桥臂集成Boost逆变器用PFM+SPWM混合调制策略

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中国电机工程学报 2023年第11期43卷 4398-4409页

作者：段冰莹沈家鹏秦岭茅靖峰张雷王栗王亚芳南通大学电气工程学院江苏省南通市226019

传统脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)+正弦脉冲宽度调制(sinusoidal PWM,SPWM)混合调制下,电流断续模式单桥臂集成Boost逆变器在负载功率大范围变化时会产生过调制问题,导致输出波形畸变。采用恒定占空比且变输出功率的改进... 详细信息

传统脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)+正弦脉冲宽度调制(sinusoidal PWM,SPWM)混合调制下,电流断续模式单桥臂集成Boost逆变器在负载功率大范围变化时会产生过调制问题,导致输出波形畸变。采用恒定占空比且变输出功率的改进混合调制策略可避免上述问题,但无法应用于独立逆变、光伏并网等场合。为此,文章提出一种脉冲频率调制(pulse frequency modulation,PFM)+SPWM混合调制策略,使升压桥臂工作在PFM方式,逆变桥臂工作在SPWM方式。该调制策略不改变输出功率和升压桥臂的占空比,通过变频控制实现直流母线电压调节,可以避免负载大范围变化时输出波形产生畸变,且可以应用于输出功率不可调的场合,具有更强实用性。所提混合调制策略的可行性通过一台500W的原理样机得到仿真和实验验证。

关键词：升压逆变器电流断续模式脉冲频率调制混合调制集成

考虑异质器件混用与输出电平倍增的混合型MMC及其调控方法

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电力系统自动化 2024年第5期48卷 128-136页

作者：任鹏涂春鸣侯玉超郭祺刘海军王鑫国家电能变换与控制工程技术研究中心(湖南大学) 湖南省长沙市410082 国网智能电网研究院有限公司北京市102209

首先,为提高模块化多电平换流器(MMC)输出波形质量、降低装置运行损耗,提出一种基于Si和SiC器件组合应用的混合型模块化多电平变换器(HMMC)拓扑结构。该拓扑每个桥臂包含N个Si绝缘栅双极晶体管(IGBT)器件的半桥子模块,每相交流侧串联一... 详细信息

首先,为提高模块化多电平换流器(MMC)输出波形质量、降低装置运行损耗,提出一种基于Si和SiC器件组合应用的混合型模块化多电平变换器(HMMC)拓扑结构。该拓扑每个桥臂包含N个Si绝缘栅双极晶体管(IGBT)器件的半桥子模块,每相交流侧串联一个直流侧电压为半桥子模块一半的SiC金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)全桥子模块,整体经济性较好。其次,提出一种面向输出电平数倍增的HMMC高、低频混合调制策略,并充分发挥SiC MOSFET开关损耗低的优势,在减小HMMC输出谐波的同时降低整体运行损耗。此外,分析混合调制策略下HMMC异质子模块直流侧能量的波动规律,提出一种高、低频模块直流侧电压稳定控制策略。最后,仿真和实验验证了所提HMMC拓扑结构和调制策略的可行性,并将所提HMMC、基于单一器件MMC和现有HMMC在损耗和成本方面进行综合对比,证明了该方案在降低损耗和减小成本方面优势显著。

关键词：模块化多电平换流器 Si绝缘栅双极晶体管 SiC金属-氧化物半导体场效应晶体管混合调制电压平衡控制效率优化

基于脉位-幅相混合调制的可见光通信技术研究

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基于脉位-幅相混合调制的可见光通信技术研究

作者：张雨茜大连海事大学

学位级别：硕士

可见光通信(Visible Light Communication,VLC)以其频谱资源丰富、安全性高和成本低的优势,可有效解决当今无线频谱资源匮乏的问题,成为近年来研究热点。本文针对基于脉位-幅相混合调制的高效可见光通信系统进行研究,工作内容及研究成... 详细信息

可见光通信(Visible Light Communication,VLC)以其频谱资源丰富、安全性高和成本低的优势,可有效解决当今无线频谱资源匮乏的问题,成为近年来研究热点。本文针对基于脉位-幅相混合调制的高效可见光通信系统进行研究,工作内容及研究成果如下:为提高可见光通信链路传输性能,提出了一种混合调制方案。该方案通过将频谱高效的无载波幅度相位(Carrierless Amplitude And Phase,CAP)调制与功率高效的幅度差分脉位调制(Amplitude Differential Pulse Position Modulation,ADPPM)相结合,利用ADPPM的时隙脉冲搭载CAP信号进行信息传输。在高斯白噪声信道模型下,推导了ADPPM-CAP系统的误帧率理论表达式并仿真验证了其准确性。针对此混合调制方案,分析了调制阶数、幅度取值等参数对系统误帧性能的影响。结果表明,当频谱效率相同时,ADPPM-CAP混合调制的可靠性优于单一调制方式,并且可以提供多种参数选择方案,为可见光通信提供了更为灵活的设计选择。为了混合调制系统能够在光信道中传输,对可见光ADPPM-CAP调制单极化方法做了详细的研究,包括加直流偏置光ADPPM-CAP(DC Biased Optical ADPPM-CAP,DCO-ADPPM-CAP),单极光ADPPM-CAP(Unipolar ADPPM-CAP,U-ADPPM-CAP),翻转光ADPPM-CAP(Flip-ADPPM-CAP)。通过仿真实验,主要从频带利用率和误帧率角度对几种方法做了比较。依据VLC视距传输模型及ADPPM-CAP信号模型,对DCO-ADPPM-CAP和Flip-ADPPM-CAP的误帧性能进行理论分析。此外,提出了一种信号重建U-ADPPM-CAP方法,该方法与U-ADPPM-CAP相比,可进一步降低系统误帧率和峰均比。基于LED的VLC系统兼具通信和照明功能,信息有效传输同时需保证照明质量。本文基于脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)技术对ADPPM-CAP调光控制功能实现展开研究。为解决ADPPM-CAP峰均比较大对调光控制系统性能造成影响的问题,提出了有效降低ADPPM-CAP系统峰均比的三种方法。通过仿真实验,对三种方法从系统误帧率、调光范围、降低系统峰均比程度、降低被限幅信号所占百分比程度等方面进行分析比较,对应不同应用场景给出了最优化光ADPPM-CAP调光控制解决方案。

关键词：可见光通信无载波幅度相位调制幅度差分脉位调制混合调制调光控制误帧率

混合级联十三电平H桥调制策略及功率均衡方法

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湘潭大学学报（自然科学版） 2024年第1期46卷 118-126页

作者：胡文华丁文斌尚硕杜家辉张殷华东交通大学电气与自动化工程学院江西南昌330013

直流电压源比为1∶1∶2∶2混合逆变器,采用传统的混合调制策略分别存在两个高压和低压功率不均衡的弊端,针对以上问题,该文提出了一种改进的调制策略,通过1/4周期互换高压单元脉冲实现了高压单元的功率均衡,在此基础上,让三角载波重构... 详细信息

直流电压源比为1∶1∶2∶2混合逆变器,采用传统的混合调制策略分别存在两个高压和低压功率不均衡的弊端,针对以上问题,该文提出了一种改进的调制策略,通过1/4周期互换高压单元脉冲实现了高压单元的功率均衡,在此基础上,让三角载波重构使得两个低压H桥单元的开关损耗相同,确保了高低压两两单元的功率均衡,并且高压和低压部分的功率开关分别工作在基频和高频状态,降低了损耗且谐波特性良好.仿真及实验研究证明了上述理论分析的准确性和切实性.

关键词：逆变器混合调制载波重构脉冲互换功率均衡谐波性能

一种高性能低成本的中压异质器件混合型模块化多电平变换器及其控制策略

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电网技术 2024年

作者：周志涂春鸣侯玉超郭祺任鹏刘红文杨金东国家电能变换与控制工程技术研究中心(湖南大学) 云南电网有限责任公司电力科学研究院

针对少子模块数的中压模块化多电平变换器(modular multilevel converter， MMC)装置损耗、成本等指标难以综合提升的问题，本文提出一种基于Si IGBT和SiC MOSFET器件混合的模块化多电平变换器，简称异质器件混合型模块化多电平变换器(h... 详细信息

针对少子模块数的中压模块化多电平变换器(modular multilevel converter， MMC)装置损耗、成本等指标难以综合提升的问题，本文提出一种基于Si IGBT和SiC MOSFET器件混合的模块化多电平变换器，简称异质器件混合型模块化多电平变换器(heterogeneous device hybrid MMC， HDHMMC)。HDHMMC由全Si IGBT的低频模块和Si IGBT与SiC MOSFET混合的高频模块组成。针对此拓扑提出一种特定的高低频混合调制策略，充分发挥Si IGBT通态损耗低、SiC MOSFET开关损耗低的优势。此外，详细分析了高低频模块的能量波动机理，并针对高低频模块直流侧电容电压不稳定问题提出一种特定的稳压策略。仿真和实验结果验证了HDHMMC拓扑及其调制、稳压策略的可行性。最后，将HDHMMC与现有MMC拓扑进行损耗与成本对比，证明所提拓扑可以更好的平衡成本、效率、功率密度等性能指标。

关键词：模块化多电平变换器 Si IGBT SiC MOSFET 混合调制稳压策略

LLC谐振变换器PFM与PSM混合调制方法研究

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LLC谐振变换器PFM与PSM混合调制方法研究

作者：王伟陕西科技大学

学位级别：硕士

随着国家“双碳”目标的达成需要新能源发电技术的强力支撑,蓄电池储能变换器是新能源发电和微电网的核心接口电路。本文针对LLC谐振变换器传统PFM(频率)调制方式变换器工作范围较窄问题,采用PFM与PSM(移相)混合调制提升手段;基于扩展... 详细信息

随着国家“双碳”目标的达成需要新能源发电技术的强力支撑,蓄电池储能变换器是新能源发电和微电网的核心接口电路。本文针对LLC谐振变换器传统PFM(频率)调制方式变换器工作范围较窄问题,采用PFM与PSM(移相)混合调制提升手段;基于扩展描述函数法分别建立了 PFM与PSM调制模式下的传递函数;针对PSM控制方式下小信号模型建立困难的现状,推导了小信号模型以提供参考,提出了 LLC谐振变换器PFM与PSM混合调制自适应PI控制策略,实现变换器宽输入电压范围并且提升变换器效率。本文主要工作可总结为以下4个方面。(1)LLC谐振变换器工作原理和增益特性分析针对LLC谐振变换器开关模态分析,运用基波分析法分析了 LLC变换器在PFM模式下的稳态特性,首先对PFM调制模式下欠谐振、临界谐振和过谐振等不同工作模态进行了分析,并以欠谐振工作模态作为模型进行了详细的推导,对其增益特性曲线进行绘制并分析;其次对PSM调制模式下半周期内五个工作模态进行公式推导,通过分析每种模态下占空比与各个变量之间的关系得到电压增益关于占空比的隐函数方程。(2)PFM与PSM调制模式建模对于PFM调制模式,基于扩展描述函数法建立了 LLC谐振变换器的小信号模型,并通过扫频法对其进行校验;对于PSM调制模式,将扩展描述函数法建模引入PSM调制模式下的LLC谐振变换器建模,通过将谐振电容小信号模型等效串联电感,最终得到其小信号模型,并运用MATLAB扫频验证PFM与PSM控制方式的传递函数的准确性。(3)分段式和连续式PFM与PSM调制模式自适应PI控制策略根据分立PFM与PSM调制模式下不同的传递函数设计了 PFM与PSM混合自适应PI控制器,提出了基于开关函数的分段式自适应PI控制策略和基于增益函数的连续函数式自适应PI控制方法,使PFM调制模式与PSM调制模式之间根据负载变化自适应切换且输出电压保持稳定。(4)仿真与实验进行仿真和实验平台的搭建,验证所提出的PFM与PSM混合控制自适应PI控制策略能够实现变换器的输入电压宽范围运行,并且能够实现PFM调制模式与PSM调制模式之间进行自适应切换,对变换器在PFM调制方式和本文所提混合自适应调制策略下的效率进行比较,验证本文的混合自适应调制策略能够显著有效的提高变换器效率。本文针对传统PFM调制方式变换器工作范围较窄和空载时不易调压且效率较低等问题,提出了 LLC谐振变换器PFM与PSM混合调制自适应PI控制策略,通过仿真与实验验证结果表明在宽输入电压范围下最高效率可达约94.5%。

关键词： LLC谐振变换器宽输入电压混合调制小信号模型自适应PI控制

混合开关双向AC/DC变换器的混合调制方法研究

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混合开关双向AC/DC变换器的混合调制方法研究

作者：马峥嵘西安工业大学

学位级别：硕士

随着可再生能源的发展,大量分布式电源和储能装置接入电网,可实现能量双向流动的AC/DC变换器成为电网与分布式能源系统能量交换的重要接口。其不仅能够将电能供给直流用电设备,还可以向电网传递能量并调节电网电流的谐波指数,对电网的... 详细信息

随着可再生能源的发展,大量分布式电源和储能装置接入电网,可实现能量双向流动的AC/DC变换器成为电网与分布式能源系统能量交换的重要接口。其不仅能够将电能供给直流用电设备,还可以向电网传递能量并调节电网电流的谐波指数,对电网的安全稳定运行具有重要意义。然而,越来越复杂的应用工况对双向AC/DC变换器的转换效率和可靠性提出了更严苛的要求,单纯使用Si-IGBT或SiC-MOSFET均难以同时满足高效率和低成本的应用需求。因此,研究高性能的开关结构及调制方法提升双向AC/DC变换器总体性价比具有重要意义。本文结合Si-IGBT和SiC-MOSFET各自优势,采用大电流容量的Si-IGBT和小电流容量的SiC-MOSFET并联构成的混合开关用于双向AC/DC变换器,并研究一种新的混合调制方法,实现更低的器件结温,更高的转换效率和更大的输出功率容量。论文主要研究内容如下:介绍了Si-IGBT与SiC-MOSFET并联的混合开关常用驱动模式,针对常见的驱动模式设计了一种新型的门极驱动电路,给出了工作原理和数学分析,设计了驱动电路样机,并通过实验验证了该驱动电路的可行性。同时,针对适用于混合开关双向AC/DC变换器的两种驱动模式,分别建立了变换器整流和逆变两种模式下的损耗模型,阐明了混合开关延时时间对功率损耗的影响。针对双向AC/DC变换器工作在整流模式下开关器件温度分布不均衡问题,提出了一种混合调制方法,以平衡开关管的热分布和提高系统可靠性。建立了混合开关热模型,推导了混合开关在混合调制模式下的结温计算方法。为了获得混合开关在实际工况下的热阻值,文章搭建了混合开关热阻测试平台,并进行了热仿真,仿真结果证明了混合调制方法的优越性。设计了混合开关双向AC/DC变换器控制策略,对其进行理论与仿真分析。并搭建了混合开关双向AC/DC变换器的实验平台,实验结果表明变换器在整流和逆变工作模式下均能稳定运行,验证了控制系统和调制方法的有效性。

关键词：混合开关双向AC/DC变换器驱动电路混合调制双闭环控制