《基於雙buck電路的多電平逆變器研究》是依託南京航空航天大學，由洪峰擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於雙buck電路的多電平逆變器研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：洪峰
- 依託單位：南京航空航天大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
適用於高電壓大功率場合的多電平技術是當前研究的熱點。提高電路可靠性是多電平逆變器研究中的關鍵問題。目前，多電平逆變器均以橋式電路為基本單元。本課題提出以雙Buck電路為基本單元構建多電平逆變器，並認為該方法有助於提高電路可靠性，在電平數較多情況下，有簡化電路的可能；並具有轉換效率高、易構建三相系統的特點。課題將通過探討以下基本問題，促進這一技術領域的生長和完善：（1）以雙Buck逆變電路為基本單元構建多電平逆變器的基本方法和原理；（2）雙Buck多電平逆變器的基本類型和拓撲；（3）利用雙Buck電路實現多電平輸出和電壓箝位解耦控制的方法；（4）適用於雙Buck多電平逆變器的控制策略和調製方法；等等。課題研究工作，是對多電平技術和逆變技術的延伸和開拓，具有重要的理論價值；在無功補償、電機驅動、新能源發電、大功率電源、有源濾波等工業領域，具有廣泛的套用前景。
結題摘要
電容均壓與逆變過程耦合，造成箝位器件數量多，是造成多電平逆變器複雜、可靠性低的主要因數。橋臂直通、體二極體反向恢復造成的電壓尖峰和損耗等問題，亦是降低其可靠性的重要原因。本課題提出並研究一種新思路：以雙Buck電路而非傳統橋式電路為基礎，構建新型的高可靠性高效率多電平逆變器。 課題歸納、分析了雙Buck多電平逆變器的基本構建方式和原理，劃分、提出了其基本類型，提出、分析了它們的通用結構和機理，並注重與橋式電路進行對比。 圍繞二極體箝位型雙Buck多電平逆變器，提出並詳細分析了其中的三電平結構、衍化結構、五電平結構。利用雙Buck電路的半周工作方式，使得Buck電路1和 Buck電路2交替用於輸入均壓和逆變輸出，兩者互補實現了均壓與逆變解耦，改變了箝位器件數隨電平數增長過快的狀況。新型逆變器的箝位器件數按電平數倍數關係增長，而橋式電路則近似按倍數關係增長。此外，二極體箝位型雙Buck多電平逆變器繼承了雙Buck電路體二極體不工作等特點。分析、仿真、實驗表明，電路具有高可靠性。 圍繞飛跨電容型結構，同樣重點研究了三電平和五電平拓撲。與二極體箝位型類似，飛跨電容型結構同樣實現了解耦控制，在電平數大於5後，具有器件數量的優勢。該類電路的另一優勢為：消除了電源、飛跨電容、兩者間、電容間的所有直通隱患。除動態均壓外，課題還研究、提出了建壓的方法。 課題還提出、分析、研究了兩種複合級聯型雙Buck多電平結構具體拓撲，其特徵和關鍵點與前兩類近似。複合級聯結構可將雙Buck電路適宜高頻調製和橋式電路適宜低頻換向的優勢互補，提高效率與可靠性。 課題開展了最佳化、套用和拓展研究：提出了減小電路磁件的磁集成方法；提出將無源軟開關技術與雙Buck多電平電路結合，在保持高可靠性的同時，進一步消減開關損耗；初步探討了課題成果在光伏併網發電中的具體套用，並取得有益效果；將課題思路發散，得出了直流變換器輸出並聯組合單級逆變器的概念和若干電路，有助於提高單級升壓逆變的效率。 綜上，研究工作基本構建了雙Buck多電平逆變器這一新技術方向的理論框架。雙Buck多電平逆變器達到了可靠性高、電路結構和控制方法相對簡潔等預期目標，為構建實用型裝置奠定了基礎，代價則是無源器件的增多，有待後續研究進一步改進。 達到並超出了預期成果：發表學術論文20篇，申請發明專利6項，授權3項，培養研究生11名。
