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电压自平衡碳化硅MOSFET间接串联功率模块

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电工技术学报 2023年第7期38卷 1900-1909页

作者：刘基业郑泽东李驰王奎李永东电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室(清华大学) 北京100084

目前,常见商用宽禁带碳化硅金属-氧化物场效应晶体管(SiC MOSFETs)的阻断电压不超过1.7kV,为提高其等效耐压等级,提出一种二极管-电容混合钳位的间接串联拓扑和准两电平开环调制方法,可实现拓扑中串联器件的电压自动均衡。基于此,该文利... 详细信息

目前,常见商用宽禁带碳化硅金属-氧化物场效应晶体管(SiC MOSFETs)的阻断电压不超过1.7kV,为提高其等效耐压等级,提出一种二极管-电容混合钳位的间接串联拓扑和准两电平开环调制方法,可实现拓扑中串联器件的电压自动均衡。基于此,该文利用SiC MOSFET裸芯片封装制作了一个3.6kV/20A的间接串联功率模块,并设计出与之配套的驱动保护电路,整体等效为通用中压、两电平功率模块,具有体积小、集成度高的优点。最后通过实验验证了该模块的通用性,以及其在开关损耗和经济性等方面的优势。

关键词：碳化硅 MOSFET 间接串联电压自平衡中压功率模块

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级联型电压自平衡固态变压器

清华大学学报（自然科学版） 2013年第4期53卷 459-464页

作者：葛俊杰赵争鸣清华大学电机工程与应用电子技术系电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室北京100084

传统的级联型固态变压器存在级联单元间直流母线电压不平衡的问题,严重影响系统的稳定运行。常规的解决办法是控制各个级联脉宽调制(PWM)整流器或者双向DC-DC变换器,来调节每个单元的直流母线电压大小,但其控制复杂,运算量巨大,在级联... 详细信息

传统的级联型固态变压器存在级联单元间直流母线电压不平衡的问题,严重影响系统的稳定运行。常规的解决办法是控制各个级联脉宽调制(PWM)整流器或者双向DC-DC变换器,来调节每个单元的直流母线电压大小,但其控制复杂,运算量巨大,在级联数量较大时甚至无法使用。该文提出了一种新型的具有电压自平衡能力的级联型固态变压器,介绍了其拓扑结构和控制方法,分析了其自平衡的工作原理,并研究了其参数变化的影响。这种级联型固态变压器不需要任何额外的电压平衡控制,完全依靠拓扑电路实现电压的自动平衡,能够大大简化控制系统。仿真结果验证了该固态变压器的电压自平衡能力,表明其具有良好的工作性能。

关键词：固态变压器级联电压自平衡

一种双极性输出端口电压自平衡隔离型DC/DC变换器

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中国电机工程学报 2024年第14期44卷 5702-5713,I0022页

作者：邾玢鑫周丽娟杨浴金王凯宏智慧能源技术湖北省工程研究中心(三峡大学电气与新能源学院) 湖北省宜昌市443002

隔离型DC/DC变换器通过多绕组变压器可方便地实现多路或双极性输出,但因交叉调整率问题,在负载不平衡时输出各端口电压存在较大偏差。针对该问题,该文基于反激变换器推导出一种双极性端口电压自平衡隔离型DC/DC变换器。所提方案结构简... 详细信息

隔离型DC/DC变换器通过多绕组变压器可方便地实现多路或双极性输出,但因交叉调整率问题,在负载不平衡时输出各端口电压存在较大偏差。针对该问题,该文基于反激变换器推导出一种双极性端口电压自平衡隔离型DC/DC变换器。所提方案结构简单、成本低,在不改变传统反激变换器驱动及控制电路设计的情况下能够较好的实现端口电压自平衡,且所提变换器结构具有可拓展性。文中首先详细阐述了所提变换器拓扑的推演过程,然后对变换器的工作原理、性能特点以及电压自平衡机理进行分析。最后,搭建了一台150 W的实验样机,验证了所提变换器理论分析的正确性和有效性。

关键词：双极性反激变换器交叉调整率电压自平衡

电压自平衡式不对称多电平逆变器对电机调速的研究

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电工电能新技术 2011年第4期30卷 80-83页

作者：曹莹付光杰侯永强东北石油大学电气工程学院黑龙江大庆163318

多电平逆变技术已广泛应用于高压大功率的场合。不对称6电平逆变器由于其结构简单且输出没有0电平而受到广泛的关注。而高压大功率多电平逆变电路的一个技术难点是中点电压的控制问题。该文提出了一种新型的单相不对称混合六电平逆变器... 详细信息

多电平逆变技术已广泛应用于高压大功率的场合。不对称6电平逆变器由于其结构简单且输出没有0电平而受到广泛的关注。而高压大功率多电平逆变电路的一个技术难点是中点电压的控制问题。该文提出了一种新型的单相不对称混合六电平逆变器拓扑结构。该结构是由两电平半桥单元和三电平半桥单元级联而成的,这种拓扑结构无需特殊的均压电路或复杂的电容均压控制就可以实现电压自平衡功能。在解决了中点电压均衡难的问题的同时可以输出六电平。针对这种拓扑结构采用了阶梯波EPWM控制方法。仿真和实验证明了该新型拓扑结构的可行性及控制方式选用的合理性。

关键词：电压自平衡不对称六电平逆变器

基于有源耦合单元的级联光伏系统直流电压传感器故障穿越策略

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中国电机工程学报 2023年第24期43卷 9594-9607页

作者：汪诚彭合华红婷李磊南京理工大学自动化学院江苏省南京市210094

级联H桥具有模块化、多端口和直挂中压电网等优势,是大规模光伏并网的理想电力电子变换器之一。然而,过多元器件会增加系统故障率。直流环节电压传感器故障作为常见故障之一,会引起控制环路误跟踪、端口功率不匹配等问题,进一步导致直... 详细信息

级联H桥具有模块化、多端口和直挂中压电网等优势,是大规模光伏并网的理想电力电子变换器之一。然而,过多元器件会增加系统故障率。直流环节电压传感器故障作为常见故障之一,会引起控制环路误跟踪、端口功率不匹配等问题,进一步导致直流链路电压不均衡甚至引起系统失稳。因此,该文提出一种基于有源耦合单元的直流电压传感器故障穿越运行策略。通过开关模态推导、分析直流电压自均衡模态及其等效电路,根据不同故障情况优化模态组合并形成直流电压传感器故障穿越调制策略。最后,搭建实验硬件平台,验证理论分析的正确性与所提策略的可行性。

关键词：级联H桥光伏系统功率不匹配电压自平衡有源耦合故障穿越

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一种新型多电平逆变器及其模块化分析

电工技术学报 2022年第18期37卷 4676-4687页

作者：王要强李娜赵朝阳陈天锦梁军郑州大学电气工程学院郑州450001 河南省电力电子与电能系统工程技术研究中心郑州450001 河南省智能充电技术重点实验室许昌461000 卡迪夫大学工程学院卡迪夫CF243AA

为改善传统多电平逆变器有源器件数量较多以及扩展结构复杂的问题,该文提出一种降低器件数量且可模块化扩展的多电平逆变器。该逆变器由分压电容单元、开关电容单元和两个半桥组成,使用1个直流电源、4个电容、8个开关管和2个二极管实现... 详细信息

为改善传统多电平逆变器有源器件数量较多以及扩展结构复杂的问题,该文提出一种降低器件数量且可模块化扩展的多电平逆变器。该逆变器由分压电容单元、开关电容单元和两个半桥组成,使用1个直流电源、4个电容、8个开关管和2个二极管实现2倍电压增益和九电平交流输出电压。该逆变器通过2个半桥代替后端H桥转换输出电压极性,可以有效降低开关管总电压应力;在所提逆变器的模块化扩展结构中,电容逐级充电的工作方式进一步提高了电压增益和输出电平数。该文研究逆变器的工作状态、调制策略、电容分析、参数计算并进行拓扑对比。最后,通过仿真与实验验证了所提逆变器的可行性和理论分析的正确性。

关键词：逆变器多电平开关电容电压自平衡模块化

适用于双极性低压直流微电网的自平衡隔离型DC-DC变换器

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电力自动化设备 2022年第5期42卷 47-53页

作者：裴忠晨宋晓民刘闯林琳朱帝姜宇王菁月李辉东北电力大学电气工程学院吉林吉林132012 国网山东省电力公司淄博供电公司山东淄博255000 浙江华云清洁能源有限公司浙江杭州310000

双极性结构低压直流配电系统具有负荷灵活接入、运行可靠性高等优势。为了最大限度地减少功率变换级数并提升双极母线电压平衡能力,提出了一种适用于双极性低压直流微电网的自平衡隔离型DC-DC变换器。首先,介绍了自平衡隔离型DC-DC变换... 详细信息

双极性结构低压直流配电系统具有负荷灵活接入、运行可靠性高等优势。为了最大限度地减少功率变换级数并提升双极母线电压平衡能力,提出了一种适用于双极性低压直流微电网的自平衡隔离型DC-DC变换器。首先,介绍了自平衡隔离型DC-DC变换器的拓扑结构与调制策略,并分析了不平衡负载情况下正负极性直流电压自平衡机理及其换流过程;然后,结合零电压开关工作原理与输出电流纹波要求,对平衡电感参数进行优化设计,并推导了不平衡负载直流偏置引起的中性点电位偏移量;最后,搭建了一套实验样机验证了所提变换器在两直流极不平衡负载下甚至其中一直流极空载下可平衡双极母线电压。

关键词：双极性低压直流微电网电压自平衡 DC-DC变换器平衡电感极电压平衡零电压开关

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一种光伏发电用高增益多电平逆变器

电力系统保护与控制 2023年第16期51卷 136-148页

作者：岳舟李浩天廖辰星李嘉健湖南人文科技学院能源与机电工程学院湖南娄底417000

针对传统的多电平逆变器存在有源器件数量较多、电容电压不平衡、结构复杂以及电压增益低的问题,提出一种降低器件数量且可扩展的多电平逆变器。该逆变器由开关电容单元和两个半桥组成,使用1个直流电源、3个电容、13个开关管,实现4倍电... 详细信息

针对传统的多电平逆变器存在有源器件数量较多、电容电压不平衡、结构复杂以及电压增益低的问题,提出一种降低器件数量且可扩展的多电平逆变器。该逆变器由开关电容单元和两个半桥组成,使用1个直流电源、3个电容、13个开关管,实现4倍电压增益和九电平交流输出电压。该逆变器通过2个半桥代替后端H桥转换输出电压极性,可以有效降低开关管总电压应力。在所提逆变器的扩展结构中,电容逐级充电的工作方式进一步提高了电压增益和输出电平数。首先,详细阐述了所提逆变器的工作模式、调制策略、电容分析、电压应力计算和电路参数设计。然后,与其他类似多电平逆变器进行了比较。最后,通过仿真与实验验证了所提逆变器的可行性和理论分析的正确性。

关键词：高增益多电平逆变器光伏发电开关电容电压自平衡

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基于开关电容的单输入升压型七电平逆变器

电源学报 2024年第2期22卷 113-120页

作者：张国鑫陈仕铠叶远茂广东工业大学自动化学院广州510006

针对现有多电平逆变器存在拓扑结构复杂、开关器件总电压应力高和串联电容电压不平衡的问题,提出了一种新型的开关电容七电平逆变器。通过同相层叠脉宽调制策略,合理地控制开关管使得三个电容器与直流电源串并联分时运行,实现了三倍升... 详细信息

针对现有多电平逆变器存在拓扑结构复杂、开关器件总电压应力高和串联电容电压不平衡的问题,提出了一种新型的开关电容七电平逆变器。通过同相层叠脉宽调制策略,合理地控制开关管使得三个电容器与直流电源串并联分时运行,实现了三倍升压增益的七电平输出。该逆变器采用单个直流输入电源,不仅具有结构简单、器件少、升压能力强和电容电压自平衡等优势,并且负载端不采用逆变H桥来改变输出电平极性,从而降低开关器件的总电压应力。分析了逆变器的拓扑结构、工作原理、电容电压自平衡、调制策略、电容参数和电流应力,并从开关管数量、二极管数量、电容数量、总开关电压应力和升压增益5个方面与现有拓扑进行了比较分析,充分证明所提拓扑的实用性。最后实验结果验证了该拓扑的可行性。

关键词：多电平逆变器开关电容电压自平衡脉宽调制