大功率储能变流器功率模组DC-link电容器的试验研究

从满足最恶劣运行工况下纹波电流和满足动态响应的电容容值这两方面,对三相大功率储能变流器功率模组中的DC-link电容进行了计算设计。在简化模型下,定性分析了功率模组间连接铜排寄生电感对电容纹波电流的放大效应,并采取实验验证的方式在整机装置上进行了测试验证。测试发现,模组采用铜排连接方式的原有设计不合理,电容纹波电流放大明显,不能满足设计要求。针对该问题进行了改良设计,模组间更换采用叠排方式连接,改进后模组内DC-link电容的纹波电流放大现象得到了明显抑制,满足整机设计要求。     

功率硬件在环仿真中功率接口直流电压控制及电容参数设计

作为功率硬件在环(PHIL)仿真中连接数字侧和物理侧仿真的互联装置,功率接口对PHIL仿真系统的稳定性起决定性作用。物理侧负载扰动所引起的直流电压波动是影响功率接口的稳定运行的关键问题之一。针对这一问题,为了提高PHIL仿真系统稳定性,考虑控制时滞,提出一种基于直流输出电流前馈的直流电压改进控制策略,并给出了其前馈系数的参数设计方法。根据变流器交直流侧有功功率平衡关系,利用小信号分析方法,建立了功率接口交直流统一模型,通过该模型分析并证明了所提控制策略在负载小扰动情况下抑制直流电压波动的有效性。提出一种直流电容参数计算方法,并证明前馈控制可以有效地减少直流电容。最后,仿真和实验验证了所提方法的有效性。     

非隔离单相半桥UPQC直流纹波分析及其影响抑制

非隔离单相半桥统一电能质量调节器(UPQC)两侧变换器的脉动功率差将在直流电容及分电容上产生复杂的多倍频电压纹波,各次电压纹波会对串联侧变换器的补偿电压有不同的影响,降低串联侧变换器的补偿效果。为了抑制直流电压纹波影响,利用等效电容电流模型计算直流电容电压表达式,分析直流纹波及非线性负载对补偿电压的影响路径,并仿真验证其正确性。针对分电容电压纹波和非线性负载对电压补偿效果的影响,提出一种抑制多倍频纹波影响的补偿电压特定次谐波控制策略。最后,基于SiC器件建立了非隔离单相半桥UPQC实验平台进行实验验证,实验结果表明在非线性工况下,所提控制策略将补偿电压THD从12.2%降低至2.4%,相比于传统控制可以减少约70%的直流电容需求。     

三相有源滤波器直流侧电容与电压波动关系分析及设计

有源滤波器的直流侧通常配置很大的电解电容,电解电容器的电压纹波额定值较低,损耗较大,应对电容值做出合理选择以避免内部发热。面对大容量的谐波补偿要求,并联有源滤波器(Shunt Active Power Filter,SAPF)需要进一步降低系统体积和成本。针对电容值与直流电压纹波关系这一问题,分析了三相SAPF补偿系统的瞬时功率流动,得到对直流电压波动有影响的功率分量,并在特定的负载条件下求取了振荡功率的积分值,得到电容能量波动的精确值,提出了一种考虑电容纹波电压关系的电容容量优化设计方法。利用MATLAB仿真模型并与其他文献比较,验证了所提思路及结果的正确性及有效性。     

牵引功率单元布局对支撑电容的影响研究

功率单元和支撑电容是牵引变流器设计中最核心的两个部件,功率单元结构布局的不同影响支撑电容的纹波电流,进而影响变流器的可靠性和使用寿命.此处研究了功率单元不同结构布局和应用特点,并对其对支撑电容纹波电流的影响进行理论分析,最后通过仿真和样机试验验证,提出最优功率单元结构布局,为功率单元结构选择和电容选型提供了设计依据.     

单相全桥离网逆变器输出侧功率解耦电路研究

单相逆变器输入电流低频纹波抑制是燃料电池及光伏电池发电系统亟需解决的问题.本文深入研究单相全桥离网逆变器输出侧功率解耦电路拓扑及其输入电流低频纹波抑制策略,给出控制参数、关键电路参数设计准则和实验波形.该电路拓扑中有源功率解耦电路位于全桥逆变器输出侧,与全桥逆变器共用输出滤波电感与电容,通过在输出滤波电容上叠加直流电压和低频偶次谐波电压实现逆变器功率解耦,使逆变器输出侧低频脉动功率在输出滤波电容与负载之间传递,阻断其向直流侧传递的路径.理论和实验结果验证了这种方法的有效性和可行性.     

风冷SiC逆变器的设计方法与封装集成

SiC风冷逆变器省却了复杂的液冷系统,使电动汽车的动力系统更加紧凑。然而,风冷SiC逆变器缺乏系统的设计方法和关键的封装集成路径。提出一种风冷SiC逆变器的分层协同设计方法,包括功率模块、母线电容和散热器3个层次。在功率模块层,采用电-热-力多物理场分析方法,建立SiC功率模块的多维应力模型,提出一种改进的功率模块封装方法。在母线电容层,建立电容容值和纹波电流之间的数学模型,计及纹波电压、纹波电流和成本之间的相互制约,提出母线电容材料选择和电容值最小化的优化方法。在散热器层,采用电-热协同仿真方法,建立风冷散热器的热阻模型,对散热器的结构和材料进行优化设计。在分层优化设计的基础上,研制SiC功率模块和风冷SiC逆变器样机,实验结果验证了所提设计方法和封装集成的可行性。所作研究为SiC逆变器的研究提供了新的研究方向。     

一种H桥功率单元母排优化方案

基于一种H桥功率单元的结构布局,从正弦脉宽调制(SPWM)的原理出发,详细分析了在H桥功率单元充电、放电情况下及上管、下管续流情况下的工作状态,并结合电容的内部结构,阐述了实际功率流的产生路径对电容温升及叠层母排温升产生的影响。通过一种续流母排的设计,详细分析了功率流如何通过续流母排而减小对电容的温升及叠层母排的温升,并通过试验平台进行测试,分别在无续流铜排及有续流铜排的条件下对电容的纹波电流及母排的温升进行测试,对测试数据进行分析,验证了理论分析的正确性。     

一种具有自动功率因数校正和功率解耦能力的单级整流器

为应对整流器内部损耗少、能量传输路径短的新趋势,同时消除影响系统稳定性的电解电容元件,提出一种具有功率解耦能力的单级整流器.与现有工作比较,所提整流器功率器件可分时复用,实现了低成本和高功率密度运行.基于能量路径优化推演,大部分能量可直接转移到负载,无需中间环节,保证了较高的转化效率;采用较大电压纹波的薄膜电容替代电解...     

实现有源功率解耦控制的改进三相四桥臂拓扑

传统三相四桥臂拓扑在含单相/三相不平衡负载或源的微电网系统中备受关注。然而当采用现有策略控制电压三相平衡时,由于单相/三相不平衡负载或源的存在,交流侧电流存在负序分量,将引起瞬时功率二次脉动,耦合到直流侧,导致直流电压或电流含有二次纹波,影响系统性能和寿命。针对该问题,文中提出了一种改进的三相四桥臂拓扑,并通过有源功率解耦控制,在不增加开关器件的基础上,使交流侧的二次脉动功率由交流侧电容提供,直流侧仅需提供交流侧平均功率分量,实现功率解耦并减小系统总电容量。其次,分析了所提拓扑直流侧所需最低电压和开关器件电流应力的影响因素。最后,仿真以及实验结果表明所提改进拓扑和策略在保证电压质量的同时可以实现有源功率解耦,有利于改善系统性能并实现直流侧电容轻量化。