电力电子负载拓扑控制

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第二章 电力电子拓扑基础 《高等电力电子技术》课件

第二章 电力电子拓扑基础 《高等电力电子技术》课件

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V VD
从上图所示的6种基本开关变换器拓扑中可以发现:各变换器都有一个功率开 关管和一个二极管组成的基本单元,其中功率开关管和二极管反向连接且连接 节点输出,因此称该结构的基本单元为三端口开关单元,如上图虚线框所示。
a)
b)
图2-1 单向开关单元电路拓扑
a) 单向不可控开关单元 b) 单向可控开关单元
高等电力电子技术
2.1.2 开关变换器拓扑的基本开关单元
(2)准双向开关单元
准双向开关单元是指电流或电压能双向通过,但只有正向可控的基本开关单 元。准双向开关单元分为准双向电流开关单元和准双向电压开关单元,它们 都同时包括二极管和功率开关管。
高等电力电子技术
2.1.2 开关变换器拓扑的基本开关单元
将含有二极管或功率开关管的基本单元称之为“基本开关单 元”。根据功率开关器件所在不同开关变换器中的拓扑结构和特 点,可将其分为三类。
二端开关单元



三端开关单元



基本变换单元
高等电力电子技术
12.1二.2端开开关关变单换元器拓扑的基本开关单元
飞跨电 容式多 电平桥
矩阵式
V1 VD1
V2
VD2 V1
C1 VD5
V2
0

电力电子拓扑控制及应用

电力电子拓扑控制及应用

电力电子拓扑控制及应用电力电子是研究电力传输、转换和控制的领域,电力电子拓扑控制是电力电子技术中的核心内容之一。

电力电子拓扑结构是指将电力电子器件按照一定的方式组织起来,以实现特定的电力转换功能。

拓扑控制则是通过对电力电子拓扑结构进行合理的控制策略设计,实现对电力传输和转换过程中的电流、电压、功率等参数的精确控制。

本文将从电力电子拓扑控制的基本原理和常见的应用领域进行详细介绍。

一、电力电子拓扑控制的基本原理1. 电力电子器件电力电子器件是电力电子拓扑结构的核心组成部分,常见的电力电子器件包括晶闸管、双向可控硅、IGBT等。

这些器件具有快速开关和可控性的特点,能够实现功率的高频调制。

2. 拓扑结构电力电子拓扑结构是由不同的电力电子器件按照一定的连接方式组成的电路结构。

常见的拓扑结构包括单相全桥、三相全桥、单臂H桥等。

不同的拓扑结构具有不同的特点和适用范围,可以用于不同的电力转换应用。

3. 控制策略拓扑控制是通过对电力电子器件的合理控制,实现对电力传输和转换过程中电流、电压、功率等参数的精确控制。

常见的控制策略有PWM调制、频率调制、谐振控制等。

这些策略能够实现精确的电力控制,提高电力转换的效率和稳定性。

二、电力电子拓扑控制的应用领域1. 交流电力传输系统电力电子拓扑控制在交流电力传输系统中起着重要的作用。

通过控制拓扑结构的开关状态和控制策略,可以实现对电力电压和电流的精确调节和控制,提高电力传输的稳定性和可靠性。

2. 直流电力转换系统电力电子拓扑控制在直流电力转换系统中也有广泛的应用。

例如,电力电子变流器可以将直流电能转换为交流电能,通过电力电子拓扑控制实现对电压和频率的精确调节。

直流电力转换系统广泛应用于风能、太阳能等可再生能源发电系统中。

3. 高效电力转换设备电力电子拓扑控制在高效电力转换设备中具有重要的应用价值。

例如,电力电子变频器可以实现对交流电动机的转速和转矩的精确控制,提高电动机的效率和性能。

电力电子技术知识点总结

电力电子技术知识点总结

电力电子技术知识点总结一、电力电子器件1. 晶闸管:晶闸管是一种具有双向导电性能的电子器件,可以控制大电流、大功率的交流电路。

其结构简单,稳定性好,具有一定的可逆性,可用作直流电压调节元件、交流电压调节元件、静止开关、逆变器等。

2. 可控硅:可控硅是一种具有双向导电性的半导体器件,具有控制开关特性,可用于控制大电流、大功率的交流电路。

可控硅具有可控性强,工作稳定等特点,适用于电力调节、交流电源、逆变器等领域。

3. MOSFET:MOSFET是一种以金属氧化物半导体栅极场效应晶体管为基础的器件,和普通的MOS晶体管相比,MOSFET在导通电阻上有较低的压降、耗散功率小、寄生电容小、开关速度快等优点,适用于开关电路、逆变器、电源调节等领域。

4. IGBT:IGBT是一种继承了MOSFET和双极晶体管的特点的半导体器件,具有高阻塞电压、低导通压降、大电流、耐脉冲电流等特点,适用于高频开关电路、变频器、电源逆变器、电机调速等领域。

5. 二极管:二极管是最基本的电子元件之一,具有正向导通和反向截止的特点,广泛用于整流、短路保护、开关电源等方面。

以上所述的电力电子器件是电力电子技术的基础,掌握了这些器件的特性和应用,对于电力电子技术的学习和应用具有重要的意义。

二、电力电子拓扑结构1. 变流器拓扑结构:变流器是电力电子技术中的一种重要装置,用于将直流电转换为交流电或者改变交流电的频率、电压和相数等。

常见的变流器拓扑结构包括单相全桥变流器、三相全桥变流器、单相半桥变流器、三相半桥变流器等。

2. 逆变器拓扑结构:逆变器是电力电子技术中的一种重要装置,用于将直流电转换为交流电,逆变器可以选择不同的拓扑结构和控制策略,以满足不同的电力系统需求。

常见的逆变器拓扑结构包括单相全桥逆变器、三相全桥逆变器、单相半桥逆变器、三相半桥逆变器等。

3. 母线型柔性直流输电系统:母线型柔性直流输电系统是一种新型电力电子系统,用于将大容量的交流电转换为直流电进行长距离输电。

三相维也纳 (vienna) 主拓扑原理、控制及仿真

三相维也纳 (vienna) 主拓扑原理、控制及仿真

三相维也纳(vienna) 主拓扑原理、控制及仿真全文共四篇示例,供读者参考第一篇示例:三相维也纳(Vienna) 主拓扑是一种在电力系统中常用的控制技术,用于维持电力系统的稳定性和可靠性。

它基于维也纳(Vienna)这座美丽城市的名称,代表着其优雅和精密的特性。

本文将深入探讨三相维也纳主拓扑的原理、控制方法以及仿真技术。

一、三相维也纳主拓扑原理三相维也纳主拓扑是一种用于控制电力系统中电压和电流的技术,主要用于谐波抑制、无功功率补偿和电压调节等方面。

其基本原理是通过控制电容器和电感器的开关状态,调整电路中的电流和电压,使系统保持在稳定状态。

在三相维也纳主拓扑中,有三个分立的相位,分别控制电路中的三相电流和电压。

三相维也纳主拓扑的主要特点包括高效性、可靠性和精密性。

通过合理设计电路结构和控制算法,可以实现系统中电流和电压的高质量波形,提高电力系统的稳定性和可靠性。

在三相维也纳主拓扑中,控制方法是关键的一环。

常用的控制方法包括基于电压和电流的控制、谐波抑制控制和动态调节控制等。

这些控制方法结合了先进的电力电子技术和控制理论,能够有效地实现电力系统的优化控制。

基于电压和电流的控制方法主要是通过调节电容器和电感器的开关状态,实现对电路中电压和电流的动态调节。

谐波抑制控制方法则是通过识别和抑制系统中的谐波成分,减小谐波对系统的影响。

动态调节控制方法则是根据系统中的动态特性,实现对电路中电压和电流的动态调节。

为了验证三相维也纳主拓扑的性能和可靠性,仿真技术起着至关重要的作用。

通过仿真可以快速、准确地评估系统的动态特性和稳定性,为实际系统的设计和实现提供参考。

常用的仿真工具包括MATLAB/Simulink、PSIM和PSCAD等,这些工具提供了丰富的模型库和仿真工具,可以实现对电力系统中三相维也纳主拓扑的仿真分析。

通过仿真可以研究控制算法的优化、系统结构的设计和参数的选择等关键问题,为系统的实际应用提供重要的参考。

两电平三相全桥电路拓扑

两电平三相全桥电路拓扑

两电平三相全桥电路拓扑
两电平三相全桥电路是一种常见的电力电子变换器拓扑,用于控制三相交流电机或其他三相负载。

该拓扑由六个功率开关器件组成,通常是MOSFET或IGBT。

这些器件被配置成两个三相全桥,每个全桥由三个开关器件组成,用于控制对应的相。

在这种拓扑中,每个相都有两个电平,通常是+Vdc和-Vdc,其中Vdc是直流电压。

在正常操作时,两个全桥交替导通,以产生三相交流输出。

通过适当的PWM控制,可以实现对输出电压幅值和频率的精确控制。

此外,该拓扑还可以实现双向能量流,因此在一些应用中被用作逆变器或变流器。

从电路拓扑的角度来看,两电平三相全桥电路可以被视为两个独立的三相全桥,每个全桥控制一个相。

这种结构使得电路设计和控制相对简单,同时也提高了系统的可靠性和容错能力。

从控制角度来看,该拓扑通常需要一个复杂的控制算法来实现对输出波形的精确调节。

这包括PWM控制、电流控制、过流保护、过压保护等功能。

控制算法的设计对系统的性能和稳定性有着重要影响。

总的来说,两电平三相全桥电路拓扑在工业驱动和电力电子领域有着广泛的应用,它的设计和控制涉及到电路拓扑、功率器件、控制算法等多个方面的知识。

对于工程师和研究人员来说,深入理解和掌握这些知识是非常重要的。

主电路拓扑结构

主电路拓扑结构

应用场景
不同的应用场景(如电动 汽车、数据中心、工业电 机驱动等)对主电路拓扑 有不同的需求。
成本考虑
在满足性能要求的前提下 ,尽量选择成本较低的拓 扑结构。
设计原则
安全性
确保主电路在各种工作条 件下都能安全稳定运行, 包括过压、过流、过热等 保护措施。
效率优化
通过合理的拓扑设计和元 件选型,提高系统的整体 效率。
工业电机驱动器
根据电机类型和驱动需求选择合适的拓扑结构,如三相全 桥逆变器、多电平逆变器等,实现电机的可靠驱动和高效 控制。
04
主电路拓扑结构的性 能评估
效率评估
效率计算
通过测量输入和输出功率,计算主电路拓扑结构的效率。
损耗分析
分析主电路中的功率损耗,包括导通损耗、开关损耗等。
优化设计
针对损耗较大的部分进行优化设计,提高主电路拓扑结构的效率 。
分类
根据电路中电源、负载和开关元 件的连接方式,主电路拓扑结构 可分为串联、并联、混联和桥式 等类型。
拓扑结构的重要性
性能影响
不同的拓扑结构会对电路的性能产生显著影响, 如电压、电流、功率因数和效率等。
效率
优化拓扑结构可以提高电路的效率,降低能耗和 温升,提高能源利用率。
可靠性
合理的拓扑结构可以提高电路的可靠性,减少故 障率,延长使用寿命。
随着电力电子技术的不断发展 ,主电路的效率将不断提高。
高集成化
采用高度集成的电力电子模块 ,减小主电路的体积和重量。
智能化和自动化
引入人工智能和机器学习技术 ,实现主电路的智能化管理和 自动化控制。
绿色化和环保化
采用环保材料和清洁能源,降 低主电路的能耗和环境污染。
06

T型三电平拓扑的PWM控制策略

T型三电平拓扑的PWM控制策略

T型三电平拓扑的PWM控制策略郑诗程;彭勃;徐礼萍【摘要】对T型三电平逆变器的拓扑结构进行了分析研究,提出一种T型三电平逆变器PWM控制方法.该方法针对T型三电平拓扑结构,根据负载电流的极性,对零电平时的开关状态进行相应的控制,实现对输出参考电压矢量的合成.分析了该拓扑结构的死区特点及影响,常规的PWM控制方法加入死区后,相电压会出现4种不同的电压畸变,应用文中提出的控制方法,使原本复杂的4种电压畸变情况简化为2种,并提出了具体的死区补偿策略,有效补偿了输出电压的畸变.仿真结果验证了控制方法的可行性与有效性.【期刊名称】《电力系统及其自动化学报》【年(卷),期】2016(028)002【总页数】5页(P93-97)【关键词】T型三电平;拓扑;空间矢量调制;死区补偿;电力电子【作者】郑诗程;彭勃;徐礼萍【作者单位】安徽工业大学电气与信息工程学院,马鞍山243032;安徽工业大学电气与信息工程学院,马鞍山243032;安徽工业大学电气与信息工程学院,马鞍山243032【正文语种】中文【中图分类】TM464伴随着现代电力电子技术的发展,以绝缘栅双极型晶体管IGBT、集成门极换流晶闸管IGCT、注入增强门极晶体管IEGT为代表的双极型复合自关断器件取得长足进步,与此同时,高压大容量变流器技术也迅速发展起来,特别是基于多电平拓扑结构的逆变器技术日趋成为大功率变流器的研究热点[1-5]。

多电平逆变器具有输出电压谐波小、所需器件耐压低和开关损耗低等优点,在众多中高压大功率场合得到广泛应用[3]。

其中,三电平拓扑结构以其结构简单、控制方便等更是得到迅猛发展。

根据拓扑形式不同,基本三电平结构主要有3种:H桥级联型、二极管箝位型和飞跨电容型[4]。

目前,应用较多的是二极管箝位型。

近年来,T型三电平由于具有更低的成本和导通损耗、更少的独立驱动电源等优点越来越受关注[6]。

本文研究了T型三电平拓扑结构,并和二极管中点箝位NPC (neutral point clamped)型三电平拓扑结构进行了对比,结合NPC型三电平逆变器的控制方法,提出一种T型三电平的PWM控制方法,该方法针对T型三电平的拓扑结构,根据负载电流的极性,对零电平时的开关状态进行相应的控制实现对输出参考电压矢量的合成。

电气工程中的电力电子变流器拓扑优化研究

电气工程中的电力电子变流器拓扑优化研究

电气工程中的电力电子变流器拓扑优化研究电力电子变流器是电气工程领域中的一项重要技术,它将电能从一种形式转换为另一种形式,实现电力的调节和控制。

在现代工业和生活中,电力电子变流器广泛应用于电力传输、工业驱动、可再生能源系统等领域。

然而,传统的电力电子拓扑结构在性能和效率上存在一定的局限性,因此电力电子变流器的拓扑优化研究具有重要的意义。

一、电力电子变流器的基本概念和应用领域电力电子变流器是指通过将电压和电流进行控制和调节,实现电能在不同形式之间的互相转换的装置。

根据电能的不同形式,电力电子变流器可以分为直流变流器和交流变流器两种类型。

直流变流器主要用于直流电源的调节和驱动,而交流变流器则广泛应用于交流电源的改变和控制。

在工业领域中,电力电子变流器被广泛应用于电机驱动系统、输电线路的稳定和调节、电力质量的改善等方面。

二、电力电子变流器的传统拓扑结构及其局限性传统的电力电子变流器拓扑结构主要有整流器、逆变器和变频器等几种。

整流器将交流电源转换为直流电源,逆变器将直流电源转换为交流电源,而变频器则可以将交流电源的频率进行调节。

然而,传统的拓扑结构在性能和效率上存在一定的局限性。

首先,传统的拓扑结构在功率密度和体积上存在问题。

由于传统的电力电子变流器采用离散元器件和传统的线性控制方法,其实现的功率密度较低,无法满足大功率和小体积的需求。

其次,传统的拓扑结构在效率和能量损耗上存在问题。

传统的变流器存在较大的开关损耗和传导损耗,在能量转换过程中存在一定的能量损耗,从而限制了其效率和可靠性。

最后,传统的拓扑结构在电磁干扰和电磁兼容性上存在问题。

由于电力电子变流器存在大量的开关操作和高频脉冲信号,其易受到电磁干扰和辐射的影响,对周围电子设备和系统产生干扰。

三、电力电子变流器拓扑优化的研究方向为了克服传统拓扑结构的局限性,电力电子变流器的拓扑优化研究已经成为学术界和工业界的研究热点。

拓扑优化的目标是提高电力电子变流器的性能和效率,减小体积和能量损耗,提高电磁干扰和电磁兼容性。

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Bus voltage, a mean filter is adopted to eliminate the harmonics in DC voltage loop. Lastly, the efficiency diagram is given to show that this equipment can save as much as 80%-90% energy compared with traditional load. The topology and relative control method are verified with simulation and experiments.
Abstract-A novel power electronic load (PEL) is introduced in this paper. This equipment can simulate R,L,C load as well as non-linear load. Furthermore, it can recycle the energy back to grid. Topology for single phase AC PEL, three-phase AC PEL, and DC PEL are presented firstly. Based on disadvantages of repetitive controller, an improved repetitive controller is presented to improve the dynamic performance of the system. Relative problems in back to back system are analyzed and mean filter is adopted to eliminate the harmonics in DC loop. The whole efficiency can be as high as 80%-90%. Simulation and experimental results are carried out to validate the effectiveness of the proposed control strategy.
I. INTRODUCTION The trend of power electronic is cost-effective and energy-efficient because the energy problem is crisis in the modern world. Most of the researches are emphasized on how to improve the efficiency of converter while less attention is paid to the energy consumption of the load. In 1990, Suresh Gupta proposed a method that uses a transformer to adjust the active and reactive power outputted by power source so as to test the equipment [1]. The disadvantages of this idea lies in that it is hard to get an accurate current for testing and it will feed the reactive power to grid. In the middle 1990s, Chu.C.L proposed an idea that uses a PWM rectifier which can run in four quadrants to recycle the energy to the grid [2]. However, an uncontrolled rectifier was adopted in this method, so it can only simulate limited load character. What is more, the DC bus voltage was not stabilized which is harmful to the stability of the whole system. In 2002, Huang.S.J proposed an advanced topology which adopts a controllable AC/DC rectifier as the former-stage converter [3]. Unfortunately, there is no deeply research about the whole system. In 2007, Chengzhi Wang introduced a novel power electronic load (PEL) and proposed a repetitive controller applied in it [4][5], a prototype of power electronic is designed which performs well for both linear load and non-linear load. Repetitive controller performs well when considering about steady state error, however, its dynamic performance is not good. In this paper, topology for three-phase AC PEL, singlephase AC PEL, and DC PEL are given for the first time. Then, a novel improved repetitive controller which composed of traditional repetitive controller paralleled with PI controller is proposed to improve the dynamic response of the system. Furthermore, when considering about the stability of DC
Research on Power Electronic Load: Topology,
Modeling, and Control
Xu She,student member, IEEE, Yunping Zou, Chengzhi Wang, Lei Lin, Jian Tang, Jian Chen, senior member, IEEE Power Electronic Research Center, Huazhong University of Science and Technology Email: shexu8511211@
A a
b
B
c C
Fi g.3 Three phase PEL used in three phase three wire system
A a
b
B
c C
n N
Fig.3(b) Tree phase PEL used in three phase four wire system
III.MODELING OF POWER ELECTRONIC LOAD As can be seen from discussion above, single phase PEL is the basic topology. The LIC tracks the current reference by current controller and offers the operation power of the whole system. The GCC is actually a rectifier which operates in recycling mode. It holds the system with high power factor and maintains the DC voltage constantly. With proper current reference and control scheme, the input power factor of the
be tested under certain condition, for example, working with unbalanced load. Based on this basic topology, three-phase PEL which can be applied either in both three-phase threewire system or three-phase four-wire system can be composed as seen in Fig.3(a) and Fig.3(b). Because the system has been decoupled into single phase system, it can be controlled separately.
II.TOPOLOGY OF POWER ELECTRONIC LOAD
A. Basic topology Fig.1 gives the basic topology of PEL which is used as a
single phase PEL. It is composed of five parts: 1. Tested power source 2. Load Imitation Converter(LIC) 3. DC bus capacitor 4. Grid Connected Converter(GCC) 5. Grid
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