研旭电力电子功率硬件--多电平MMC变流控制系统YXPHM-MMC500
发布时间：
2022-12-01 09:41
来源：
原创
一、概述YXPHM系列功率模块简介
南京研旭公司最新研发推出了YXPHM系列工业级电力电子功率模块--多电平MMC变流控制系统YXPHM-MMC500，YXPHM系列模块是面向高校实验室、科研院所以及成品电力电子制造厂商的系列功率拓扑模块。具备稳定的可靠性和良好的扩展性，种类丰富，囊括了现今主流的电力电子拓扑结构。外壳采用透明的亚克力板材，美观实用，用户可以方便观察内部的硬件结构，简洁的输入输出设计，减去用户对模块中间环节的困扰，让用户更专注的投入到核心研发中。
YXPHM系列采用基于模型设计的理念，脱胎于研旭成熟产品光伏并网逆变器与风机变流器等成熟产品，又结合了研旭多年的模块化组件与开放式平台研发经验，对该拓扑结构与驱动电路、传感器电路、信号处理电路进一步集成，同时提供实际控制器接口、快速原型控制器结构与实际控制器模块，为用户提供性价比更好的模块化产品。
二、YXPHM-MMCFB01全桥模块
模块化多电平变换器（modular multilevel converter，MMC）是级联型多电平换流器中的一种新型结构，在中高压应用领域具有很大的优势。与目前主要的二极管钳位型等多电平拓扑相比，MMC 可以用在电平数很高的情况下，并且损耗小、输出谐波小、冗余性好。相比于级联 H 桥结构，MMC 中的直流母线可避免电容分散而引起的中频变压器数目较多的问题。MMC 每个子模块结构简单，控制相对容易，可以无限拓展。现阶段 MMC 在高电压、大电流应用领域已有直流输电的工程实例。
相比传统的两电平、三电平变换器，MMC采用子模块级联的方式取代了IGBT器件的直接串联，不存在IGBT的动态均压问题，安装维护容易，易于扩大容量。而相比CHB，MMC省去了移相变压器，使子模块数目与承载功率不再受限制，通过增加子模块数目可灵活地扩展其电压和功率等级。
YXPHM-MMCFB01模块拓扑
上图主电路拓扑为电路拓扑架构，功率开关器件采用英飞凌公司的IKW50N60DTP功率管。
YXPHM-MMCFB01模块实物图
三、多电平MMC变流控制系统
系统参数：
1.最大功率15kW，最大电流25A；
2.交流电压380V，直流电压200V-800V；
3.每相可单独运行，每个桥臂含子模块个数为 N=4，每相共2N个子模块，单相共计4N个模块，三相共计6N个模块；
4.单个模块最高耐压650VDC，最大电流25A；
5.模块可选择半桥/全桥拓扑来使用；
6.模块内部集成了驱动及采样电路；
7.模块板载硬件、软件双重保护，过压、过流保护；
8.子模块为插拔式，配套3U机箱，方便组柜，美观大方；
9.子模块电容和桥臂电感的取值可以灵活调整；关键测量点引出；
10.模块能输出母线电压值、交流侧电流值，FB故障信号；
11.LED灯指示电源、运行、故障等状态。
12.开放功率硬件原理图，硬件编程接口
拓扑结构：
实物图：
研旭公司推出的YXSPACE产品系列，能够将用户设计的图形化的高级语言编写的控制算法（Simulink）转换成DIDO、AIAO量，完成实际硬件控制。同时通过YX-VIEW6000监控组态软件，对控制器进行实时监控，从而完成模型的调试与验证。其基本控制框图如下所示：
控制算法模型一般采用Matlab中的Simulink工具搭建，通过研旭提供的simulink驱动库，将模型中的接口与硬件驱动接口绑定后，通过编译工具产生可执行文件，下载至SP6000仿真机中运行，对被控对象进行实际控制。
研旭SP6000仿真机配套软件YXSPACE-VIEW6000（以下简称VIEW6000）主要用于配置仿真机外设的工作模式，同时可以实时监测控制过程中的各类运行量，包括采集量、中间控制变量等。VIEW6000采用组态式架构，用户只需随意托拉控件就可以搭建属于自己的监控界面。用户可以借助6类控件，可以便捷的了解仿真机的控制过程。
研旭SP6000仿真机，采用插卡式结构，基本配置包含CPU板卡、2块模拟采集ADC板卡、模拟输出DAC板卡、数字输出DO板卡、数组输入DI板卡、两块脉宽调制PWM板卡、正交编码QEP/捕获CAP板卡。其板卡配置安装图如下：
上位机监控软件VIEW6000软件，采用组态式交互界面，方便用户灵活、方便的查看仿真机的工作信息。
相关新闻
深圳见——第四届中国电力电子与能量转换大会暨展览会 中国电源学会第二十八届学术年会
南京研旭展台位置：20号馆D18 2025年11月8日-9日，由中国电源学会主办，第四届中国电力电子与能量转换大会暨展览会 中国电源学会第二十八届学术年会，将在深圳国际会展中心（宝安新馆）18 号馆 & 20 号馆(广东省深圳市宝安区福海街道展城路 1 号)召开举行。
祝贺【中国矿业大学（北京）】机械与电气工程学院发表高质量论文
中国矿业大学（北京）电力电子与电力传动技术团队针对传统有源电力滤波器（APF）依赖锁相环和电网电压传感器导致动态性能受限等问题，提出了一种无锁相环、无电网电压传感器的改进型无差拍控制策略。通过引入延时补偿和电感在线识别方法，有效解决了控制延时和参数失配带来的性能下降问题。在实验中，采用了南京研旭三相可编程电源YXACS15-YZ提供电网电压，整流桥与电阻性负载构成谐波源，补偿部分使用南京研旭YXPHM-MMCFB01 系列三相逆变器及滤波电感，控制器为南京研旭YXSPACE-SP6000，直流侧配置大容量电容维持母线电压稳定，测试部分包括功率分析仪和示波器。通过对比带锁相环的PIRC控制方法，实验表明，所提出的方法在稳态下将电网电流总谐波畸变率（THD）降低至 3.9%，在负载突变及低电压穿越过程中，电网电流无超调，暂态时间短暂，验证了所提方法的快速性、稳定性和鲁棒性。
三电平中性点箝位（NPC）变换器的性能取决于中性点（NP）电压平衡。因此，中性点电压的有源电压调节能力是 NPC 转换器的关键要求。本文提出了一种主动空间矢量调制策略。它能准确利用开关周期中的零电平占空比调整量，从而在降低电容器电压纹波的同时主动控制 NP 电压。此外，还为寻址调制策略选择了与低共模电压（CMV）相关的开关状态。与传统的空间矢量脉宽调制相比，所提出的方法在实现 NP 电压平衡方面具有更快的响应速度、更低的 CMV 和电容器纹波。最后，在三电平NPC逆变器上的实验结果证明了所提调制策略的可行性和有效性。 实验装置包括一个直流电源、一个快速控制原型控制器（RCP）、一个YXPHM-TP310b-I三电平三相DC-AC变流模块、一个三相RL负载、一台个人计算机（PC）和一台示波器。直流电源为YXPHM-TP310b-I三电平三相DC-AC变流模块供电， DC-AC变流模块随后连接到三相RL负载。该测试台设计用于在各种操作条件下对NPC逆变器进行系统评估。
祝贺【中国矿业大学】发表三相PWM整流器启动冲击电流的抑制策略高水平论文
中国矿业大学大功率电力传动与变流智能控制团队针对三相PWM整流器启动冲击电流较大等问题，研究了一种基于线性跟踪微分器(LTD)的软启动策略。通过动态地调整直流母线电压参考值的斜率，可以有效抑制整流器启动冲击电流。此外，利用牛顿迭代法研究了LTD参数与时间t的关系。在文中使用了南京研旭YXPHM-TP210b-SBTB背靠背 AC-DC-AC 模组，控制器为 TI 公司TMS320F28377D，交流和直流电流传感器型号为 HCC100BS，开关管是安森美的 NTH4L040N120SC1-D，将所提方法与分段式给定方法进行对比，通过该实验平台很有效的验证了本文的方法。
扬州大学和南京航空航天大学的研究人员提出一种新型直流电弧模型——指数分段噪声模型。该模型通过建立频率值与谱能量之间的指数关系，精准刻画电弧噪声特性。为实现该模型的参数精确提取，设计了一种新的元启发式算法——反馈混沌增长优化器（feedback chaotic growth optimizer，FCGRO）。FCGRO 在传统增长优化器（GRO）基础上引入反馈算子与混沌机制。首先，在三个经典工程优化基准问题上，通过对比实验严格评估 FCGRO 的收敛性能。随后，依托已搭建的实验平台获取的数据，采用 FCGRO 与 8 种当前最先进算法，对 DC 电弧故障的指数分段噪声模型进行参数提取。FCGRO 所得结果的总体平均均方根误差为 0.0418，标准差为 0.00818，低于其余 8 种对比优化方法，表明其参数估计的结果更准确、更稳定。在计算效率方面，FCGRO 在 9 种算法中位列第三，证明了其计算效率具有一定的竞争力。最后，对比实验证明了所提直流电弧模型的性能。
微信公众号
