一种能够阻断直流故障电流的新型子模块拓扑及混合型模块化多电平换流器

针对常规半桥型模块化多电平换流器无法隔离直流故障电流的问题,提出一种新型的应用于模块化多电平换流器的自阻型子模块拓扑,并列出自阻型子模块的4种结构。这4种类型的自阻型子模块在隔离直流故障电流时,需要同时闭锁IGBT的触发脉冲。为了降低触发同时性的要求,进一步提出无需同时闭锁IGBT触发脉冲的2种增强自阻型子模块拓扑。模块化多电平换流器技术(modular multilevel converters,MMC)的全部子模块采用增强型子模块时所使用的电力电子器件较多,为了进一步减少MMC中电力电子器件的数量,提出一种由增强型子模块和常规半桥子模块构成的混合型MMC。PSCAD/EMTDC下的仿真研究表明,所提出的自阻型子模块、增强型子模块及混合型换流器能有效隔离直流故障。相比于常规半桥型MMC,该混合型MMC仅需提高25%的IGBT即可具备隔离直流故障电流的功能,因此具有良好的工业应用价值。     

一种具有直流故障闭锁能力的新型子模块

对于传统基于半桥子模块(HBSM)的模块化多电平变换器(MMC)而言,由于HBSM结构不具有直流故障闭锁能力,因此,当MMC直流侧发生短路故障时,过大的电流将会损坏器件。为了解决该问题,提出一种改进型半桥子模块结构,该结构在正常运行时,工作原理与HBSM结构类似;而当直流侧发生短路故障时,通过闭锁该结构内的全部IGBT,能够实现故障电流的闭锁,并搭建仿真模型以及实验平台。实验结果表明,所述子模块结构能够良好地实现直流故障闭锁。     

模块化多电平换流器改进拓扑结构及其应用

模块化多电平换流器(MMC)作为实现多电平换流器的一种新的拓扑结构,具有高度模块化、维护间隔长、输出波形谐波含量低等优点,因此在中高压电能变换和高压直流输电领域得到了广泛的应用和研究。而传统的半桥型子模块结构在直流侧发生故障的时候,由于所并联前向二级管原因,当IGBT闭锁时,不能够实现直流侧故障电流的阻断功能,从而对其应用带来了一定的不利影响。本文总结了现有的子模块拓扑结构的特点,通过分析MMC直流侧故障时桥臂电流与模块电容的充放电关系,对传统的半桥型子模块拓扑结构进行了改进,设计了串联双子模块闭锁拓扑结构,从而在不影响控制策略的基础上实现了直流侧故障电流阻断功能。最后以改进型拓扑结构为例,搭建了仿真模型,对直流侧故障特性以及相应的控制策略进行了分析验证。     

基于钳位双子模块的MMC故障清除和重启能力分析

针对当前已投入运行的高压直流(HVDC)输电工程中模块化多电平换流器(MMC)不具备直流侧故障电流闭锁能力的问题,分析了一种可自清除直流侧故障电流并且可重启动的MMC拓扑——基于钳位双子模块的MMC。这种拓扑可在发生直流故障时通过闭锁所有绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的触发信号和利用二极管的反向阻断能力迅速完成闭锁过程,从而达到无需交流断路器动作实现清除直流故障的目的。这种拓扑将半桥模块化MMC的调制方法和控制策略与可清除直流故障能力结合在一起,且具有结构简单、造价经济等特点。通过对半桥模块化MMC和钳位双子模块MMC在直流侧双极短路故障情况下的故障电流进行分析和仿真,验证了基于钳位双子模块的MMC在处理直流侧故障方面的能力和效果。     

具有直流故障阻断能力的混合型模块化多电平换流器

逆阻型MMC（RBSM-MMC）拓扑在处理直流侧故障电流时,下管逆阻型IGBT模块会出现较大的过电压,需满足极高的脉冲闭锁一致性,否则IGBT两端会承受极大的过电压,烧毁器件。提出了一种半桥-逆阻混合型MMC（RB-HBSM-MMC）拓扑,用于解决传统MMC的故障阻断能力和逆阻型MMC触发一致与尖峰电压的问题。在分析其混合拓扑结构及其故障阻断机理基础之上,在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建双端MMC-HVDC系统。仿真结果表明：所提出的RB-HBSM-MMC能有效阻断直流侧故障电流,隔离故障。RB-HBSM-MMC相比于RBSM-MMC,既可以实现对直流侧故障电流的有效阻断并能转移瞬时尖峰电压,解决过电压问题,降低对系统触发一致性技术要求,具有较好的应用前景。     

具有直流故障阻断能力的电流主动转移型MMC

具有直流故障阻断能力的模块化多电平换流器(MMC)是柔性直流输配电技术的重要支撑设备。针对传统半桥型MMC无法阻断直流短路故障的问题,通过结合现有的故障阻断方案,提出了具有直流故障阻断能力的电流主动转移型MMC。该拓扑增加了断流支路、桥臂阻断支路以及能量吸收支路。直流故障发生后,通过断开断流支路,一方面主动转移故障电流,另一方面实现桥臂电流的换向,进而利用半桥子模块吸收MMC内部故障能量。同时,能量吸收支路中的全桥子模块在闭锁过程中也投入电容以吸收线路侧的故障能量,从而实现了短路故障的快速阻断。文中通过建立电流主动转移型MMC拓扑,详尽分析了故障阻断机理,并在MATLAB/Simulink中搭建了单端100 kV/25电平仿真模型,验证了该拓扑的可行性与有效性。     

一种具备故障阻断能力的低导通损耗模块化多电平换流器

论文面向具备直流侧故障阻断能力的MMC子模块拓扑开展研究,通过详细分析半桥型和全桥型MMC子模块在直流侧故障时的工作特性,提出一种基于逆阻型元件的新型子模块:该拓扑无需向子模块正常电流通路中插入额外功率器件,即可改变故障电流路径。与现存具备故障阻断能力的子模块拓扑相比,提出的拓扑在正常工况下具有更低的导通损耗。为了验证提出拓扑的有效性,在Matlab/Simulink环境下搭新型MMC换流器仿真平台,并搭建相应样机,全面验证所提的子模块拓扑具备直流侧故障阻断能力。     

一种具有故障阻断能力的改进混合型半桥MMC

为克服半桥模块化多电平换流器(MMC)直流侧短路后无法阻断故障电流这一缺点,提出一种具有故障阻断能力的改进混合型半桥MMC,依靠改进半桥子模块的故障阻断能力配合相应辅助电路实现故障电流转移与阻断。分析了直流双极短路故障下改进混合型半桥MMC故障阻断的动态过程,设计了关键器件的参数选择方法,并对比了该拓扑的经济性,与传统半桥MMC相比,改进混合型半桥MMC无需增加开关器件使用,仅增加晶闸管、二极管和1个机械开关,且通态损耗很低。最后,搭建双端51电平改进混合型半桥MMC直流输电模型对所提拓扑的故障阻断能力进行验证,仿真结果表明,所提改进混合型半桥MMC拓扑能够在几十ms内清除直流故障,具有良好的实用性和经济性。     

MMC系统级拓扑及其直流故障电流阻断能力研究

由于直流断路器成本较为昂贵,尚处于试验阶段,具备直流故障电流阻断能力的MMC拓扑才是实现输配电网可控性,提高MMC运行可靠性的关键。文中在分析传统半桥型模块化多电平换流器(half bridge sub module based modular multilevel converter,HBSM-MMC)直流侧故障机理的基础上,对具有直流故障电流阻断能力MMC相关研究进行综述。分析了桥臂优化MMC的拓扑结构及直流故障抑制能力,包括子模块混合型MMC及二极管阻断型MMC;分析了单相优化MMC拓扑结构及直流故障电流阻断能力,包括桥臂交替导通MMC和混合级联型MMC。仅从理论角度来说,具备直流故障电流阻断能力的MMC拓扑结构研究已经较为成熟,但混合子模块优化控制、改进子模块封装、串联子模块和开关器件的协调配合、器件冷却等工程实现诸多问题还有待进一步研究。     

混合型MMC非闭锁型直流短路故障穿越策略分析和比较

针对半桥/全桥子模块和半桥/单极性全桥子模块这2类混合型模块化多电平换流器(MMC)的非闭锁型直流短路故障穿越问题,首先提出了满足故障穿越要求的2类混合型MMC的最优子模块配比方案.其次基于恒定可控MMC总能量控制,提出了混合型MMC非闭锁型直流短路故障穿越控制策略,使混合型MMC在故障穿越期间具备无功补偿及子模块电容电压均衡的能力.最后从故障穿越效果及代价等方面,对这2类混合型MMC非闭锁型直流短路故障穿越策略开展了对比分析,为混合型MMC及非闭锁型直流短路故障穿越策略在柔性直流输电工程中的应用提供借鉴与参考.     

一种新型PWM软开关半桥变换器

在半桥变换器中引入一对辅助开关管。它们和原来的功率管共用一个控制时序 ,实现了软开关 ,提高了效率。     

一种新的半桥零电压开关变换器拓扑

提出了一种新颖的半桥零电压开关主电路拓扑,并详细分析了其工作原理、特点和零电压开关的条件。最后用pspice仿真结果对理论分析进行验证。     

一种变环宽准恒频电流滞环控制方法

提出了一种变滞环宽度准恒定频率的滞环电流控制方法.该控制方法保留了滞环电流控制响应速度快、具有内在限流能力和稳定性好等一系列优点,同时克服了其开关频率不固定的缺点.给出了原理分析,并在双buck半桥逆变器上实现,试验验证了分析的正确性.     

滞环电流控制型双BUCK逆变器

研究了一种新颖的双BUCK逆变电路(DBI).该逆变电路克服了传统逆变器的直通问题,功率开关管和功率二极管可以分别得到最优设计.采用滞环电流控制的双BUCK逆变电路(HCDBI),消除了采用斜坡交截SPWM控制的DBI正常工作所必需的偏置电流,进一步提高了效率;且具有优良的动态性能.试验证明HCDBI可实现较高的效率和开关频率,稳态和瞬态性能比传统逆变电路都有很大的提高,具有广泛的应用前景.     

五电平双降压式全桥逆变器

该逆变器是在两电平双降压半桥逆变器基础上改进得到的,它保留了双Buck逆变器无桥臂直通、无体二极管反向恢复问题的优点和半周期工作模式,是一种和传统的飞跨电容型、二极管钳位型或级联型都不相同的多电平逆变器.同传统多电平逆变器相比,电路复杂性和器件数量降低,控制简单易实现,无桥臂直通隐患.理论分析和实验结果均表明了该逆变器的优异性能,同时实现了高效率和小的滤波器体积重量.     

基于LLC谐振的新型软开关双向DC-DC变换器

为了进一步提升户用储能系统中电池端双向DC-DC变换器的功率密度和效率,提出一种基于LLC谐振的新型软开关双向DC-DC变换器。该变换器有效降低了变压器匝比,提高了转化效率,在非对称半桥拓扑下可实现双向LLC特性,变换器中所有开关管均能实现软开关。同时该变换器结构简单,并可应用同步整流技术,具有效率高、成本低等优势。描述了所提变换器软开关的实现过程,进而分析了谐振特性和相关参数以及软开关的实现条件。最后制作了一台高压侧350～400 V、低压侧45～50 V的500 V·A实验样机,验证了所提变换器的有效性和实用性。     

耦合电感三电平双降压式逆变器

双降压式逆变器是一种可靠性和转换效率均较高的新型逆变器,针对其直流电压利用率低、桥臂输出仍为双极性PWM调制波的缺陷,提出了一种新型三电平双降压式逆变器,充分利用双降压式逆变器的半周工作模式,使桥臂输出改进为三电平PWM调制波,并降低了功率器件的电压应力。但在电感电流断续区可能出现高的器件电压尖峰,通过将两电感耦合,可对桥臂电压进行钳位消除电压尖峰,同时也减小了磁件本身的大小。耦合电感三电平双降压式逆变器在减小体积重量的同时保持了高效率、高可靠性。试验结果验证了以上分析的正确性。     

三半桥双向DC-DC变换器的控制系统设计

为了设计三半桥双向DC/DC变换器控制器,进一步提高变换器的性能,本文探讨了三半桥拓双向DC/DC变换器控制器的设计参数。通过波特图分析,设计了三半桥双向DC/DC变换器的电流内环、解耦网络以及电压外环,并利用Matlab/simulink进行了仿真验证。结果表明所设计的电流内环、解耦网络和电压外环控制系统具有良好的抗干扰性能。     

半周期电流滞环控制的二极管箝位型三电平半桥逆变器

传统的桥式电路在其控制策略中需要加入死区时间来避免直通问题,从而增大了桥臂电压谐波。本文针对应用广泛的单相二极管箝位型三电平半桥逆变器(Diode-Clamped Three-Level Half Bridge Inverter,DCTLHBI),采用一种半周期电流滞环控制模式,该方法在电流正负半个周期内分别只控制上、下桥臂开关管来实现三电平输出,在整个周期的控制中驱动信号不用加入死区时间,可以更好地减小桥臂输出电压的谐波含量,双环宽的滞环电流控制方法进一步提高了系统的稳定性及动态响应。本文详细分析了工作在该控制方法下的DCTLHBI工作原理及其无死区时间控制策略,仿真和实验结果验证了该控制方案的可行性。     

一种电动车用无刷直流电机混合回馈制动控制方法

在能量回馈制动原理的基础上,详细分析了无刷直流电机的半桥斩波回馈制动和全桥斩波回馈制动。针对半桥斩波非导通相续流的弊端和全桥斩波存在临界转速的缺点,提出采用全桥斩波和半桥斩波相结合的混合回馈制动控制新方法。该方法在临界转速以上采用全桥斩波回馈制动,以避免非导通相的续流,减小转矩脉动,实现平稳制动;在临界转速以下采用半桥斩波回馈制动,以减小能量损失,达到高效驱动的目的。仿真和实验结果表明,在制动中采用该方法既能高效回馈能量,又能实现平稳制动。