不同拓扑结构混合整流器性能评估
五种拓扑结构的永磁同步电动机性能分析
利。３其他 自动装置中， （） 备用电源 自投控制装置和 电压 、 无功综合控制装置
采用 集 中组屏 结 构 ， 安装 于 控 制室 或 保 护 室 中 。 ２ ．３ 全 分散 式 ．２ 全 分散 式 的变 电站 自动 化 是 以一 次 主 设备 如 开 关 、 变压 器 、 线 等为 母
和内置式。 在表面式永磁 同步电动机 中， 永磁体通常呈瓦片形， 并位于转 子 铁心的外表面上 ， 这种电机的重要特点是直 、 交轴的主 电感相 等； 而内置式 永磁同步电动机的永磁体位于转子内部， 永磁体外表面与定子铁心 内圆之间 有铁磁物质制成的极 靴， 可以保护永磁体 。
（） ４分段 永磁 体 电机 由于在 两 个 永磁 体之 间 增 加 了磁通 流 通路 经 ， 磁 永 体 产生 的 磁链 减 少 ， 同的 电柩 电流使 去磁 能 力加 强 ， 而使 电机 的弱 磁 能 相 从 力 增 加 ， 以 比传 统 内 置式 永磁 电机 具有 较 宽 的 恒功 率 运行 范 围 ； 所
上述 三 种 变 电站 自动 化 系统 的 推 出 ， 虽有 时 间 先后 ， 并 不存 在 前 后 但 替 代的 情 况 ， 电站 结 构形式 的选 择应 根据 各 种系 统特 点和 变 电站 的实 际情 变
况， 予以选配 。 以Ｒ 如 ＴＵ为基础的变电站 自动化系统可用于 已建变 电站的 自动化改造 ， 而分散 式变电站 自动化系统 ， 更适用于新建变 电站。 由于微 处理 器 和 通 信技 术 的迅 猛 发 展 ， 电站 自动 化 系统 的 技 术水 平 变 有 了很 大 的提 高 ， 构体 系 不断 完善 ， 结 全分 散 式 自动 化 系统 的 出现 为变 电站
对 空载 反 电动势 进 行 谐 波分 析 ， 结果 表 明 ， 面 式谐 波 含 量最 低 ， 表 分 段 内置 式 和ｗ型 内置 式的 电压 谐波 畸变 率 都 比传统 内置 式 的低 ， 即谐 波含 量 少 ，而 ｖ 内置式 的谐 波含 量 相 对 较大 。 型
交直交变流器的拓扑结构
交直交变流器的拓扑结构交直交变流器是一种重要的电力变换设备，它能够将直流电转换为交流电，或将交流电转换为直流电。
交直交变流器的拓扑结构主要包括两种形式：全桥式和半桥式。
全桥式交直交变流器的拓扑结构由四个功率开关器件组成，分别是两个逆变器和两个整流器。
逆变器将直流电源转换为交流输出，而整流器则将交流电源转换为直流输出。
其中，逆变器由两个开关器件和两个续流二极管组成，整流器由两个开关器件和两个续流二极管组成。
逆变器的两个开关器件交替导通，以实现交流输出，而整流器的两个开关器件交替导通，以实现直流输出。
全桥式交直交变流器的优点是输出电压和电流的变化范围大，控制精度高，适用于高功率的应用场合。
半桥式交直交变流器的拓扑结构由三个功率开关器件组成，分别是一个逆变器和两个整流器。
逆变器将直流电源转换为交流输出，而整流器则将交流电源转换为直流输出。
其中，逆变器由一个开关器件和一个续流二极管组成，整流器由两个开关器件和两个续流二极管组成。
逆变器的开关器件交替导通，以实现交流输出，而整流器的两个开关器件交替导通，以实现直流输出。
半桥式交直交变流器的优点是结构简单、成本低廉，适用于低功率的应用场合。
交直交变流器的工作原理是通过控制开关器件的导通和关断来实现直流与交流的转换。
当逆变器的开关器件导通时，直流电源的电能通过逆变器转换为交流输出；当整流器的开关器件导通时，交流电源的电能通过整流器转换为直流输出。
通过控制开关器件的导通和关断时间，可以实现对输出电压和电流的控制。
此外，为了保证电路的稳定性和可靠性，交直交变流器还需要配备滤波电路和保护电路。
交直交变流器在电力系统中具有广泛的应用。
在可再生能源发电系统中，交直交变流器用于将太阳能电池板或风力发电机的直流输出转换为交流电网所需的电能；在电动车充电桩中，交直交变流器用于将交流电网的电能转换为电动车的直流电池充电；在工业生产中，交直交变流器用于控制交流电动机的转速和转向等。
开关电源拓扑结构对比(全)
开关电源拓扑结构概述(降压,升压,反激、正激)开关电源拓扑结构概述(降压,升压,反激、正激)主回路—开关电源中，功率电流流经的通路。
主回路一般包含了开关电源中的开关器件、储能器件、脉冲变压器、滤波器、输出整流器、等所有功率器件，以及供电输入端和负载端。
开关电源（直流变换器）的类型很多，在研究开发或者维修电源系统时，全面了解开关电源主回路的各种基本类型，以及工作原理，具有极其重要的意义。
开关电源主回路可以分为隔离式与非隔离式两大类型。
1. 非隔离式电路的类型：非隔离——输入端与输出端电气相通，没有隔离。
1.1. 串联式结构串联——在主回路中开关器件（下图中所示的开关三极管T）与输入端、输出端、电感器L、负载RL 四者成串联连接的关系。
开关管T交替工作于通/断两种状态，当开关管T导通时，输入端电源通过开关管T及电感器L对负载供电，并同时对电感器L充电，当开关管T关断时，电感器L中的反向电动势使续流二极管D自动导通，电感器L中储存的能量通过续流二极管D形成的回路，对负载R继续供电，从而保证了负载端获得连续的电流。
串联式结构，只能获得低于输入电压的输出电压，因此为降压式变换。
例如buck拓扑型开关电源就是属于串联式的开关电源/blog/100019740上图是在图1-1-a电路的基础上，增加了一个整流二极管和一个LC滤波电路。
其中L是储能滤波电感，它的作用是在控制开关K接通期间Ton限制大电流通过，防止输入电压Ui直接加到负载R上，对负载R进行电压冲击，同时对流过电感的电流iL转化成磁能进行能量存储，然后在控制开关T关断期间Toff把磁能转化成电流iL继续向负载R提供能量输出；C是储能滤波电容，它的作用是在控制开关K接通期间Ton把流过储能电感L的部分电流转化成电荷进行存储，然后在控制开关K关断期间Toff把电荷转化成电流继续向负载R提供能量输出；D是整流二极管，主要功能是续流作用，故称它为续流二极管，其作用是在控制开关关断期间Toff，给储能滤波电感L释放能量提供电流通路。
光伏逆变器的拓扑结构与性能优化
光伏逆变器的拓扑结构与性能优化光伏逆变器是太阳能发电系统的重要组成部分，它可以将直流电转换为交流电，以满足电网接入或独立电力供应的需求。
在设计和优化光伏逆变器的拓扑结构和性能时，需要考虑多种因素，包括效率、功率因数、谐波失真、电磁干扰等。
本文将介绍光伏逆变器的常见拓扑结构，以及在实际应用中如何优化其性能。
光伏逆变器的拓扑结构主要有单相桥式逆变器、三相桥式逆变器和多电平逆变器等。
其中，单相桥式逆变器适用于单相光伏系统，拓扑简单、成本低廉。
三相桥式逆变器适用于三相光伏系统，能够提供更高的功率密度和更低的谐波失真。
而多电平逆变器则可以有效减小输出波形的谐波失真，提高系统的效率和可靠性。
在光伏逆变器的性能优化方面，首先要考虑的是其效率。
逆变器的效率直接影响到太阳能发电系统的整体效能。
为了提高逆变器的效率，可以采用高效的功率开关器件，如硅碳化物（SiC）器件，其开关速度快、导通压降低。
此外，还可以采用最大功率点追踪（MPPT）算法，在不同光照条件下，调整逆变器的工作点，以获得最大的输出功率。
其次，功率因数也是光伏逆变器性能优化的重要指标之一。
功率因数反映了电流和电压之间的相位差，功率因数越接近1，说明逆变器对电网的负载更加合适。
为了提高功率因数，可以采用电容滤波器或无源滤波器，将逆变器输出的谐波成分滤除，减小谐波失真，进而提高功率因数。
此外，光伏逆变器的谐波失真也需要得到重视和优化。
逆变器输出波形中存在的谐波成分会对电网和其他电气设备造成干扰，并增加能量损耗。
为了降低谐波失真，可以采用多电平逆变器拓扑结构，通过增加电平数来调整逆变器输出波形，减小谐波成分。
此外，还可以采用滤波器来滤除高次谐波，以获得更纯净的输出波形。
另外，光伏逆变器在工作过程中还会产生一定的电磁干扰。
为了减小电磁干扰，可以采用屏蔽器件、优化线路布局和地线设计，以提高光伏逆变器的抗干扰能力。
此外，还可以采用PWM调制技术，调整开关频率，减小高频谐波传输，从而降低电磁干扰的程度。
电源基本拓扑
电源基本拓扑
【原创版】
目录
1.电源基本拓扑的定义
2.电源基本拓扑的种类
3.各种电源基本拓扑的特点
4.电源基本拓扑在电子设备中的应用
5.电源基本拓扑的发展趋势
正文
一、电源基本拓扑的定义
电源基本拓扑是指电源系统中基本的电路结构，它主要包括直流电源和交流电源两大类。
直流电源基本拓扑通常包括单相桥式整流器、全桥整流器等；交流电源基本拓扑通常包括变压器、整流器、滤波器等。
二、电源基本拓扑的种类
1.直流电源基本拓扑
直流电源基本拓扑主要包括单相桥式整流器、全桥整流器等。
2.交流电源基本拓扑
交流电源基本拓扑主要包括变压器、整流器、滤波器等。
三、各种电源基本拓扑的特点
1.单相桥式整流器
单相桥式整流器具有结构简单、工作可靠等优点，但存在整流电压峰值系数较低、输出电流脉动较大等缺点。
2.全桥整流器
全桥整流器具有整流电压峰值系数较高、输出电流脉动较小等优点，但结构相对较复杂。
3.变压器
变压器具有变换电压、电流、功率等功能，是交流电源系统中的重要组成部分。
4.整流器
整流器是将交流电转换为直流电的装置，其主要功能是整流。
5.滤波器
滤波器是对整流后的脉动直流电进行平滑处理的装置，其主要功能是滤波。
四、电源基本拓扑在电子设备中的应用
电源基本拓扑广泛应用于各种电子设备中，如计算机、通信设备、家电等。
变频器拓扑结构
变频器拓扑结构变频器是一种能够改变电源频率、调节电机转速的电气设备。
它在工业领域中得到广泛应用，有效提高了工作效率和能源利用率。
而变频器的拓扑结构则是其核心组成部分之一，决定着其性能和工作方式。
本文将介绍几种常见的变频器拓扑结构，并分析其特点和适用场景。
一、PWM变频器PWM（脉宽调制）变频器是一种常见的变频器拓扑结构。
它通过改变电源电压的脉冲宽度来控制电机的输出频率。
1. 单桥全控式PWM变频器这种变频器采用单桥全控整流器，实现对直流电压的调节。
其优点是结构简单、控制方便，适用于小功率的驱动系统。
然而，由于整流器需要大的滤波电容，导致了体积较大、效率较低的问题。
2. 双向全控式PWM变频器双向全控式PWM变频器通过两个继电器和两个反向并联的单桥全控整流器构成，使得电流能够在正、负两个方向上流动。
这种拓扑结构适用于需要正向和反向运转的驱动系统，如卷取机和电梯。
二、逆变器变频器逆变器变频器是采用逆变器将直流电转换为变频交流电的方式来控制电机。
1. 单相逆变器变频器单相逆变器变频器采用单相桥式逆变器，将直流电转换为单相交流电。
它适用于小功率的家用电器，如空调、风扇等。
2. 三相逆变器变频器三相逆变器变频器采用三相桥式逆变器，将直流电转换为三相交流电。
它适用于大功率的工业电机驱动系统，如水泵、风机等。
三、多电平逆变器变频器多电平逆变器变频器是一种通过增加逆变器的电平数来改善输出波形质量的拓扑结构。
1. 二电平逆变器变频器二电平逆变器变频器采用两个桥式逆变器，将直流电转换为两个不同电平的交流电。
它具有较高的输出电压质量，适用于对输出波形要求较高的应用，如电梯、电动汽车等。
2. 多电平逆变器变频器多电平逆变器变频器采用多个桥式逆变器，将直流电转换为多个不同电平的交流电。
它具有更加平滑的输出电压波形，降低了谐波含量，适用于对电压质量要求极高的应用，如光伏发电系统和电网接入系统。
总结本文介绍了几种常见的变频器拓扑结构，包括PWM变频器、逆变器变频器和多电平逆变器变频器。
单相无桥功率因数校正变换器拓扑族推演回顾与性能分类总结
单相无桥功率因数校正变换器拓扑族推演回顾与性能分类总结单相无桥功率因数校正变换器拓扑族推演回顾与性能分类总结一、引言单相无桥功率因数校正变换器是一种重要的电力电子器件，广泛应用于各种电力电子系统中。
它通过改变输入电源的电流波形，以实现功率因数的校正，从而达到提高电能利用率和减小对电网的污染效应的目的。
本文通过对单相无桥功率因数校正变换器的拓扑结构进行推演，对其性能进行总结和分类，以期为今后的研究和应用提供参考。
二、单相无桥功率因数校正变换器的基本结构单相无桥功率因数校正变换器一般由整流器、滤波器、逆变器和控制器等组成。
其中，整流器用于将电源交流电转换成直流电，滤波器用于滤除直流电中的谐波和纹波成分，逆变器将直流电转换成交流电输出。
控制器则通过对逆变器电压和电流进行调节，实现对整个系统的稳定控制。
三、单相无桥功率因数校正变换器的拓扑结构在单相无桥功率因数校正变换器中，常用的拓扑结构包括反激变换器结构、共模电路结构和谐振结构等。
这些拓扑结构分别具有不同的特点和适用范围。
1. 反激变换器结构反激变换器结构是一种常见的无桥功率因数校正器结构，具有简单、低成本和高效率的特点。
它采用双反激变换器的拓扑结构，使得电路具有双输电能的特点。
但是，由于该结构缺乏输出电压和电流的控制机制，容易导致输出电压不稳定和电流畸变的问题，因此在实际应用中需要加以改进和优化。
2. 共模电路结构共模电路结构是一种常用的单相无桥功率因数校正器结构，具有电压波动小、电流纹波小的特点。
它采用共模电感和电容进行并联共模滤波，从而有效抑制了输出电压和电流的共模噪声。
但是，由于共模电感和电容的添加，导致了电路的体积增大和成本增加，局限了该结构的应用范围。
3. 谐振结构谐振结构是一种新兴的无桥功率因数校正器结构，具有零电压和零电流开关损失的特点。
它利用谐振电路中电感和电容的工作状态，使得开关器件达到并行共模和串行共模的效果。
这种结构能够有效降低开关损失，提高系统的效率和可靠性。
电化学储能系统中PCS 的拓扑结构对比分析
605040302010020212022E2023E 2024E2025E年份5.799.6417.5430.3047.72图1 中国电化学储能累计装机容量趋势图Fig. 1 Trend chart of cumulative installed capacity ofelectrochemical energy storage in China电化学储能产业链中，变流器conversion system ，PCS)是储能电池与电网之间功率交换的重要单元，实施有效和安全的储电深圳市盛弘电气股份有限公司占10%阳光电源股份有限公司占34%比亚迪股份有限公司占22%科华数据股份有限公司占20%北京昆兰新能源技术有限公司占14%图2 2020年PCS 海外出货量前5位的国内生产商对比情况Fig. 2 Comparison of top 5 domestic manufacturers inPCS overseas shipments in 2020目前针对电化学储能系统中PCS 拓扑结构收稿日期：2022-01-18大学生创新创业训练计划项目；国网江西省电力有限公司科技项目（52182020008K ，男，博士、教授，主要从事大规模储能技术方面的研究。
**************电池组DC/AC 逆变器LC滤波器交流母线图4 单路全桥两电平拓扑结构Fig. 4 Two-level topology structure ofsingle circuit full-bridge该单路全桥两电平拓扑结构在实际工程运用时，由于目前工程现场存在电池组最高直流电压限制及其中开关器件因通态损耗造成的高成本，因此从成本和安全两方面考虑，必须使用大容量工频变压器接入电网，但由此带来了高成本及设计、制造困难等一系列问题。
1.2 多重化全桥两电平拓扑结构对于两电平拓扑结构来说，由于串联电池数量的限制，输入一般为低压，单机容量较小，大多数不会超过500 kW。
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第 32 卷第 16 期
பைடு நூலகம்
王久和 等
不同拓扑结构混合整流器性能评估
213
0
引言
随着电力电子技术的发展，既具有无源整流器
的可靠性高、效率高的优点，又具有有源整流器的 低谐波电流扰动、高功率因数优势的混合整流器越 来越受到国内外很多学者的重视 [1] 。目前，研究主 要关注于混合整流器的拓扑结构 [2,3]、控制方法 [4-7] ， 但对混合整流器效率，功率密度，功率质量比，降 低成本、体积、质量等性能指标的多目标优化研究 日益引起众多学者的关注
王久和 常 伟 陈启丽
北京 100192 ） （北京信息科技大学自动化学院 摘要
针对五种不同拓扑结构的混合整流器原理进行分析，建立构成混合整流器的无源器
件、半导体芯片、散热系统和辅助元件模块关于损耗、体积和质量模型。采用非支配遗传算法Ⅱ （ NSGA-Ⅱ）在给定系统和模块的参数条件下，求解由电感器、电容器、MOSFET 管和二极管构 成的半导体模块，风机和散热器构成的散热系统以及控制板、驱动器和辅助电源模块构成的辅助 模块的损耗、体积和质量。依据得出的数据建立相对效率、功率密度、功率质量比、无源器件相 对损耗、半导体芯片相对面积性能指标，得到不同开关频率性能指标之间关系和比较结果。在不 同开关频率时，根据模型求解的数据和性能指标比较图，综合比较五种不同拓扑结构的混合整流 器系统性能指标，得出三电平单向 Vienna 型混合整流器（ 3LUVHR）系统性能最优。 关键词： 混合整流器 整流器 中图分类号： TM461 原理分析 非支配遗传算法Ⅱ 性能指标 三电平单向 Vienna 型混合
[8-13]
（ a ）两电平双向混合整流器（ 2LBHR ）
。
Johann W. Kolar 教授提出采用多目标优化的方 法，对单相功率因数校正（ Power Factor Correction, PFC ） 整 流 器 效 率 和 功 率 密 度 性 能 指 标 进 行 优 化[14]，使得整流器的效率达到 99.2%，功率密度达到 7kW/dm3，但存在成本高、质量大的缺陷。文献 [15] 对多种 PFC 整流器，如升压型 Vienna 整流器和降 压 型 Swiss 整 流器 的多种 性能 指标进 行多 目标优 化，并构建实验模型验证了系统优化的效果。 本文对五种不同拓扑结构混合整流器的工作原 理、性能指标进行了综合分析，并对各种混合整流 器综合性能指标进行了对比。所提混合整流器综合 性能指标确定及评估可为其他电力电子装置进行综 合指标优化提供参考。
2017 年 8 月 第 32 卷第 16 期
电 工 技 术 学 报
TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY
Vol.32 Aug.
No. 16 2017
DOI: 10.19595/ki.1000 - 6753.tces.161653
不同拓扑结构混合整流器性能评估
The operating principles of five different hybrid rectifier topologies are analyzed in
this paper. The hybrid rectifier is composed of passive components, semiconductor chips, cooling system and auxiliary component modules. Herein, passive components consist of inductor and capacitor, semiconductor module is made of MOSFET and diode, cooling system consists of the fan and heat sink, and auxiliary component is composed of control panel, the gate driver and the auxiliary power supply. The models of power loss, volume and mass for the hybrid rectifier are set up. Given system and module parameters, NSGA-II is used to solve these models. The diagrams of performance relation and comparison can be drawn under different switch frequencies. The performance indexes are compared comprehensively among five different hybrid rectifiers. It is shown that the system performance of three-level unidirectional Vienna hybrid rectifier (3LUVHR) is optimal. Keywords ： Hybird rectifier, principle analysis, non-dominated sorting genetic algorithm Ⅱ , performance index, three-level unidirectional unidirection Vienna hybird rectifier
Performance Evaluation Research of Different Topology Hybird Rectifiers
Wang Jiuhe （ School of Automation Beijing Abstract Chang Wei 100192 Chen Qili Beijing Information Science & Technology University China）
国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 （ 51477011 ） 、 北 京 市 自 然 科 学 基 金 重 点 项 目 （ KZ201511232035 ） 和 北 京 市 属 高 校 科 技 创 新 能 力 提 升 计 划 （ TJSHG201310772024 ）资助。 收稿日期 2016-10-17 改稿日期 2017-01-22