三相模块级联型固态变压器均压/均功率控制策略研究

三相固态变压器是适用于智能电网的一种新型的智能电力电子设备,一般包括整流输入级、双有源桥DAB(dual active bridge)直流级和逆变输出级。为解决固态变压器在大功率传输和高输入交流电压工作条件下的高频功率开关管电压电流应力问题,一般采用多模块级联的拓扑结构,但这种拓扑给固态变压器带来了模块间的电压和功率不平衡问题和导致开关管过压过流及电网电流谐波增加等问题。为解决三相模块级联型固态变压器电压、功率的不平衡问题,提出一种新颖的控制策略。输入整流级采用一种基于共同占空比的三相dq0控制策略以保证输入交流电流三相对称,DAB级采用一种基于电压跟随的移相控制方法以实现模块间电压平衡,两级控制策略相配合以实现各模块间电压、功率平衡。仿真和实验均验证了所提控制策略的可行性和有效性。     

三相固态变压器功率平衡控制策略研究

固态变压器作为现代智能电网的关键设备之一,得到国内外电力电子与电力系统等领域学者的广泛关注与研究。低电压/功率等级的模块级联型结构减小了在高电压/功率的传输时开关管电压电流应力。然而,这种拓扑结构引入模块之间电压/功率不平衡问题,可能产生开关管过压、过流及电网电流谐波增加等影响。分析了一种新颖的整流级共同占空比控制、中间级电压跟随控制、逆变级PR控制的三相固态变压器均压均功率系统控制策略以及可能影响电压及功率平衡的模块参数,理论与仿真验证该系统控制策略有效性。三相15 kW原理样机验证控制策略可实现输入侧单位功率因数、电压功率平衡及能量双向传输功能。     

基于虚拟同步发电机的固态变压器交流端口柔性控制策略研究

固态变压器(solid state transformer, SST)能实现传统电力变压器的变压、隔离作用,还可实现灵活的电能调控作用,但不具备传统同步发电机的机械特性及同步运行机制。当分布式电源经SST接入电网时,由于其出力的随机性和波动性,将对上级电网造成冲击,导致电网电压/频率波动。提出一种基于虚拟同步发电机的SST交流端口控制策略。首先,建立模块化多电平型输入级和同步发电机等效模型,将虚拟同步发电机原理融入输入级控制策略,以提高SST并网端口的电能质量、惯性及阻尼特性,并使其具备参与电网调频、调压能力。其次,提出储能装置辅助调频控制,保障SST参与一次调频时低压系统负载功率消耗平衡。最后,确立了输出级虚拟同步发电机控制策略,以提高低压交流端口负荷功率响应特性,实现SST对上级电网的友好性。在Matlab/Simulink平台搭建仿真模型,验证了所提SST拓扑结构及其控制策略的正确性和有效性。     

三相三线制高频隔离型固态变压器的瞬时空间矢量PID控制方法研究

固态变压器是一种含有电力电子变换器且通过高频变压器进行磁耦合的变电装置.它不仅能够实现电力系统中的电压变换、能量传递,还可以灵活控制变压器一次侧、二次侧的电压幅值和相位.此外,它能使系统具有更高的稳定性,实现更加灵活的输电方式,整合各种交直流分布式电源,以及实现电力市场下对功率潮流的实时控制.基于固态变压器的AC-DC-AC电路拓扑结构,提出了一种三相三线制高频隔离型固态变压器的实现方案,分析了该固态变压器输入级、隔离级、输出级的控制策略,并利用Matlab/simulink建立了10kV/380V仿真模型,仿真结果表明,提出的SST的实现方案和控制策略对10kV系统的电压、功率、频率控制效果良好,能有效改善电压特性,提高系统的稳定性.     

基于共载波调制的功率复合型模块化多电平固态变压器

整体功率密度低、成本高是制约现有固态变压器(SST)在配电网进一步发展和应用的关键因素。提出一种功率复合型模块化多电平固态变压器(PI-MMSST)拓扑结构,将传统SST输入级和中间级进行功率复合,整个装置的功率变换级数从3级减少为2.5级,装置体积减小,功率密度有效提高;相较于现有混频调制SST拓扑,PIMMSST对功率分配方式进行改进,大大减少滤波器使用,节约了装置成本。此外,提出双层式子模块(SM)电容电压均衡控制策略,采用高频和基频目标信号共载波的方法进行调制,满足PI-MMSST正常工作需求。最后,通过Matlab/Simulink仿真验证该新型SST拓扑及其双层式均衡控制策略的可行性和有效性。     

应用于智能微网的SVPWM固态变压器研究

固态变压器(SST)是美国北卡大学所兴建的新型智能微网示范工程FREEDM的核心设备。本文以FREEDM的先进理念为背景,对SST的工作原理、主要创新功能和拓扑结构进行了分析,建立一个基于我国电力系统参数的三相交-直-交型SST模型,探讨该模型输入AC-DC整流单元、中间DC-DC变换单元和输出DC-AC逆变单元各部分的实现方式和控制策略,并引入空间电压矢量PWM(SVPWM)控制技术,提高SST的性能。通过Matlab/Simulink仿真分析表明,该SST模型能够实现单位输入功率因数和电能双向流动,输出三相工频正弦交流电压,具有良好的抗干扰性能,对FREEDM中国化具有重要意义。     

基于电压平衡器的固态变压器及其控制策略研究

固态变压器是交直流混合配电网的核心装置。针对低压直流配电网一般采用双极性供电的特点,提出了一种基于电压平衡器的固态变压器拓扑。所提拓扑的中间级DC/DC包括输入半桥、双有源桥和电压均衡3部分,结合其运行模式给出了各部分的控制策略。为了分析系统的大信号稳定性并加快仿真速度,给出了中间级DC/DC子模块的大信号回转器模型,并采用仿真方法验证了所提拓扑和控制策略的有效性。所提出的基于电压均衡器的固态变压器具有多个电压端口,能够与中高压电网及低压电网相连,提供自身用电或组网运行。     

适用于中高压配电网的高功率密度谐振型级联H桥固态变压器

现有中高压配电网固态变压器(SST)拓扑,其电容、模块、IGBT与高(或中)频变压器用量大,成本高,功率密度低。在现有级联型SST拓扑基础上,提出一种适用于中高压配电网的高功率密度谐振型级联H桥固态变压器(RCHB-SST)拓扑。RCHB-SST拓扑利用串联谐振的选频作用,实现了一台高频变压器对应多个H桥模块的特殊结构,较传统中高压配电网SST拓扑,能有效减少电容器、模块、IGBT和高频变压器用量以提高功率密度,同时模块的减少和DC-DC环节采用开环控制有利于控制系统的简化。分析RCHB-SST工作原理,建立RCHB-SST的数学模型,提出RCHB-SST的控制策略和模块电容值计算方法,并进行了仿真证明。     

级联型电力电子变压器电压与功率均衡控制方法

对于模块级联型电力电子变压器,如果整流级直流输出电压不均衡或各双有源DC-DC变换器(DAB)模块传递的功率不均衡,可能导致开关器件电压或电流应力分配不均。因此提出在整流级采用电压均衡控制,在DAB级采用功率均衡控制来解决整流级输出电压的不均衡问题和因各DAB模块参数不匹配导致的功率不均衡问题。对于该功率均衡控制,是利用各整流模块占空比的有功分量作为反馈量来调节各DAB模块占空比实现的。电压均衡控制与功率均衡控制共同作用,以使系统达到整流级直流输出电压均衡和各DAB模块功率均衡的目的。此外,该功率均衡控制可以很容易由DSP实现,且不需要任何电流传感器。该控制方法已得到仿真验证,并在模块级联型电力电子变压器实验平台上得到实验验证。     

不平衡电网下隔离型固态变压器非线性一体化控制

由多个功率变换级构成隔离型固态变压器(solidstate transformer,SST)是一种非线性、强耦合系统。由于前后2级功率传递的响应不同,系统整体的动态性能难以保证。不平衡的三相电网环境又会进一步加剧此类变流器控制难度,SST2级间电容承受的电压应力与交流侧的并网电流质量更加难以保障,影响着SST的运行安全与适用性。为此,根据SST前后级的非线性特性,建立三相电网不平衡条件下SST一体化仿射非线性模型。在此基础上,采用输入-输出精确反馈线性化的方法,实现前级电流环、前后级级间电压与SST直流侧电压的解耦,加强了前后2级功率传递的一致性,保障了SST交流侧并网电流的质量。为进一步提高系统整体的动态性能,将解耦的线性系统与积分滑模控制器结合,改善了系统对参数摄动的鲁棒性。仿真和实验结果验证了以上方法的正确性与有效性。     

带有升降压的三相五电平逆变器拓扑及控制设计

提出了一种三相升降压型五电平逆变器。与传统的的多电平逆变器相比,升降压五电平逆变器具有能够实现升降压、拓扑结构简单、控制方法简单、所需功率开关器件数量少、开关损耗小等优点。采用载波层叠法作为逆变器的调制策略,采用PI调节器对系统进行控制,并且使用Matlab/Simulink平台对带有升降压的三相五电平逆变器及其并网控制策略进行了仿真验证。最后搭建了系统相应的硬件实验平台,通过实验验证了所提出的电路拓扑的性能。     

大功率电网模拟器系统研究

提出了一种适用于大功率电网模拟器的拓扑结构,并给出了相应的控制策略以及硬件参数设计方法等,保证电网模拟器具备电压频率可调、模拟电网不平衡以及各次谐波发生等功能。分析、设计并搭建了2 MW电网模拟器系统,完成了基本功能的测试实验,验证了理论的正确性和可行性。     

基于级联Ｈ桥变流器的风电网宽频带谐波阻抗测量装置

在风力发电中,风电场电力汇集系统与大电网耦合会引发高频谐振问题并影响电网电能质量,深入研究电网阻抗频率特性具有重要意义。基于主动干预法,向公共连接点注入一定扰动电流,提出了一种风电网宽频带谐波阻抗测量装置解决方案。此方案采用三相级联Ｈ桥变流器作为谐波发生单元,控制部分采用分层控制策略。在100~5000 Hz时,向风电场35 kV公共母线注入不同频率的谐波电流,通过测量注入点处的电压、电流数据,进而获得风电场35 kV端口输入阻抗。提出的测量装置无需整流环节,能够发出幅值和频率均可控的正负序谐波电流,可以获得准确的正/负序谐波阻抗,具有体积小、结构简单、控制可靠的优点。最后详细的Matlab仿真全面验证了系统拓扑及控制策略的有效性。     

一种高频自冷的全数字控制有源电力滤波器

在现代化电网中,以数字化控制技术为核心的有源电力滤波器(APF)在改善电能质量方面得到广泛应用。在某些特殊应用场合,APF产品对于功率密度和散热方式有着严格的要求。基于此,提出一种高频自冷有源电力滤波器产品,该产品采用传统两电平拓扑结构。功率器件选择三相全桥碳化硅(Si C)MOSFET模块,控制系统选择DSP+FPGA综合控制的方式。最终,将其应用于20 A的三相四线制APF样机中。     

单周控制双Buck型电压源换流器

为了改善轻型直流输电网络的波形质量,目前电压源换流器使用较多的高频开关器件,导致损耗加大,成本增高,限制了其实际应用.该文提出了一种双Buck型电压源换流器（BVSC）,该BVSC由一组双Buck变换器和一个工频逆变桥组成,仅用两个高频开关,即可取得较好的输出波形,大大降低了系统成本.同时文中提出了基于单周控制的控制策略实现换流器输出电流与电网电压同相,应用简单的控制电路可以实现单位功率因数.实验结果证明了单周控制双Buck换流器的正确性和实用价值.     

具备电能质量复合控制功能的虚拟同步机

单元式虚拟同步机VSG（virtual synchronous generator）的接入环境往往面临电能质量问题,对此,提出具备电能质量复合控制功能的VSG。其拓扑采用三相四桥臂变流器结构。控制策略中,采用VSG功率外环控制与改进型虚拟阻抗控制并生成基波功率电流指令,采用基于滑动Goertzel变换的改进型FBD法检测补偿电流,采用多重准比例谐振控制跟踪基波与补偿电流指令,最终3维空间矢量调制生成四桥臂变流器驱动信号。RT-Lab硬件在环实验证明,VSG在惯性响应电网频率/电压变化的同时,能够补偿负载谐波、无功与不平衡电流,且适用于非理想电网条件。     

基于不对称分析的高压链式STATCOM的低压穿越控制策略

作为新能源电站的主要无功补偿和电压支撑设备,高压链式静止同步补偿器(STATCOM)也需具备低电压穿越的能力,特别是三相电网电压不对称故障的低压穿越能力。为解决此难题,采用对称分量法分别分析了电网侧和换流链侧,并推导出数学公式,结合该公式提出了一种基于负序电流注入的高压链式STATCOM的低电压穿越控制策略。该策略包含了控制算法和控制逻辑,能够满足三相电网对称以及不对称下的跌落工况。通过仿真和试验,验证了该方法的有效性,并将其应用于工程实践中。