变换器级联运行有功电流传输极限分析及优化EI北大核心CSCD

级联运行的电压控制型变换器和电流控制型变换器在离网型微网中广泛应用。针对电压控制型变换器和电流控制型变换器级联运行的电流极限问题,证明输出电流达到极限值会致使系统失稳,严重限制系统输出功率。因系统呈高阶特性,该电流极限的理论值难以直接从阻抗稳定判据推导得到。由此,该文分析并验证阻抗稳定判据和复转矩系数法的一致性,并采用复转矩系数法推导系统有功电流传输极限值,其中包括电压控制型变换器和电流控制型逆变器的级联有功电流极限值以及电压控制型变换器和电流控制型整流器的级联有功电流极限值。然后,分析控制器参数对电流极限值的影响,指出调整控制器参数无法使系统电流极限得到有效突破。由此,为提升系统可传输有功电流,从而提升输出功率,针对电压控制型变换器,考虑其过载限流能力,提出一种改进电压控制方法。最后,通过仿真和实验结果验证研究结果的正确性和所提电压控制方法的有效性。     

组合混联式充电电源及其功率均分策略研究

为适应大容量和模块化充电电源发展的需求,提出一种基于串并混联结构的充电电源,它由4个改进的移相全桥电路模块构成。该充电电源采用先恒流后恒压的两段式充电方法,控制器则采用电流环和电压环并联切换的结构,同时引入一种外环控制加平均电流的功率均分策略,并根据频域分析法设计了均流和均压控制器。最后,设计了一套2并2串的实验样机。实验结果表明,采用该充电电路拓扑和控制策略,输出电流和电压的不均衡度均小于5%,很好地验证了分析及设计的正确性。     

电动汽车充电电源并联均流技术

电动汽车充电电源目前主要是采用多个充电电源并联供电方式实现大功率输出。这里以电流控制模式的充电电源模块为研究对象,研究了电流控制模式的充电电源自动实现多模块并联均流的原理,并在LTC3722-1集成控制器仿真建模基础上实现了电流内环控制电压外环,指出了电动汽车充电电源采用电流控制模式实现多模块并联均流的优点及其可行性。     

一种新型双向三电平倍流LCL-T谐振直流变换器

随着蓄能锂电池恒流充电方式的普及,针对双向车载充电机中传统电压源直流变换器不具备自然恒流输出问题,提出一种新型双向三电平倍流LCL-T谐振直流变换器,其由LCL-T谐振结合三电平级联中性点箝位有源桥构成。由于耦合变压器级联的特殊方式,有源桥各子桥臂可独立或并行工作,据此可设计不同的调制方式控制谐振腔输入电压,建立变换器一倍、二倍准恒流模式。为实现双向功率传输特性一致,谐振腔器件参数采用对称设计,进而研究了一种受归一化频率f_n、品质因数Q控制的LCL-T谐振准恒流输出,并考虑无功功率控制和实现开关管零电压开通,设计满足给定准恒流输出精度的输出工况筛选算法。最后通过所搭建的仿真平台和实验样机证明所提变换器在各模式下均能实现给定精度内的准恒流输出。     

采用H桥级联拓扑结构的大容量异步发电机静止励磁控制方法

针对大容量12/3相双绕组异步发电机的励磁控制要求,选用级联式2单元拓扑结构,提出了一种dq坐标系下的励磁控制方法。所提出的微调d分量对级联式无功补偿装置直流侧电容电压进行均压控制的方法可在不影响总输出电流的同时,对直流侧电容电压进行均压,相对于传统的移相均压控制方法,该方法实现了均压控制与励磁电流的完全解耦。理论分析和仿真结果验证了所提出方法的正确性。     

多外特性晶体管式弧焊电源

设计的晶体管式弧焊电源属于一种多功能电源,可以任意预置外特性曲线形状。该弧焊电源是以工业控制计算机作为控制核心,控制工作在放大状态下的大功率晶体管组,通过电流负反馈和电压负反馈控制来实现预置的恒流、恒压外特性曲线的输出,并以由大功率晶体管组构成的"压控电阻"作为调整单元,输出一定斜率的下降外特性区段。基于Labwindows/CVI的软件系统通过检测和判断所预置的电流电压阀值,实现对所输出的外特性曲线的实时控制。     

用于三相级联STATCOM的电压前馈空间矢量调制策略

针对H桥级联型STATCOM的直流电压平衡控制的问题,提出了一种适用于三相级联型STATCOM的基于直流电压前馈的空间矢量调制策略。该调制方法在输出电压矢量合成中根据各单元直流电压和输出电流的方向调整开关矢量组合。既能实现高质量的波形输出,又能自动抑制级联单元的直流电压不平衡,降低了控制器的算法复杂度;最后通过仿真验证了该策略的可行性。     

光照不均时独立输入串联输出型光伏升压DC-DC变流器组合电平法均压稳流控制

在光伏直流汇集系统中,光伏侧独立输入的DC-DC变流器通过输出侧级联可提升电压等级,但光照不均时,级联DC-DC变流器输出侧存在电压不均衡的问题。在DC-DC变流器级联输出侧设置均压单元可实现输出侧电压均衡,但均压单元的引入会显著增加直流汇集系统的输出电流纹波。为此,提出对均压单元采用移相组合电平法的调制策略,通过控制级联DC-DC变流器均压单元间的电压相移,使级联输出侧电压更接近直流电网电压,进而减小输出电流纹波;之后,引入LC滤波器来滤除级联输出侧的电压尖峰,以保证级联输出侧电压稳定;最后,将所提控制策略应用于光伏直流汇集系统进行仿真。结果表明:该策略能够在实现输出侧电压均衡的同时,有效减小并网电流的纹波。论文研究可为光伏直流汇集系统的稳定运行和功率优化提供一定的理论依据。     

基于模糊控制的交错并联双向DC/DC变换器研究

为了提高交错并联双向DC/DC变换器输出电压及均流的控制精度和动态性能,提出了电压、电流双环控制均采用模糊控制理论的模糊PI控制器。以研究交错并联DC/DC变换器工作原理为基础,详细介绍了电压、电流双环的模糊PI控制器的设计方法。通过仿真,对比了采用模糊PI控制和常规PI控制的仿真波形,验证了双环均采用模糊PI控制能提高输出电压和电感电流的响应速度、减小超调,从而实现电压及均流的精确控制。     

基于前馈控制的等离子体电源恒流控制策略

为抑制负载扰动对恒流控制的影响,针对等离子体负载需求,提出一种基于前馈控制的等离子体电源恒流控制策略。首先根据恒流源的开环传递矩阵,探讨输出导纳对恒流电源负载扰动的影响机理,然后在分析等离子体负载模型以及电弧放电所带来的负载扰动问题的基础上,将电压前馈控制引入电流闭环中。从降低恒流控制变换器的等效导纳的角度,进行电压前馈补偿函数的设计,并分析负载模型参数对前馈补偿函数的影响,对比引入电压前馈控制前后负载扰动的噪声衰减情况。仿真和实验结果表明,基于前馈控制的等离子体电源恒流控制策略能有效抑制等离子体负载突变对恒流输出的扰动,改善了恒流控制系统的动态响应性能,并对减少溅射镀层缺陷、提高膜层质量有良好的效果。     

MMC柔性直流换流站无功级联控制策略

模块化多电平换流器(MMC)可独立解耦调节有功、无功功率,使得柔性直流换流站具有在交流系统电压跌落工况下提供无功支撑的潜能。提出了MMC柔性直流换流站无功级联的控制策略,即将定交流电压控制和定无功控制级联,其中定交流电压控制包括桥臂电流辅助控制环节,并在故障清除后瞬间进行积分环节清零重置控制。以中国张北±500 kV四端柔性直流电网工程为例进行了仿真验证,结果表明相对于传统的定无功或定交流电压控制方式,柔性直流换流站无功级联控制方式可以兼顾电网稳态无功调节和暂态无功支撑等需求,快速平稳地输出无功功率,能在保证MMC设备安全的前提下提供暂态无功支撑,并缓解故障清除瞬间可能发生的暂态交流过电压。     

多电平柔性直流输电定有功功率与频率辅助控制

对风电采用多电平柔性直流输电接入电网的控制进行了研究。首先建立了柔性直流输电系统在三相静止坐标系下的详细数学模型,然后导出了在dq0旋转坐标系下的数学模型。对于系统级控制,基于电压向量定向直接电流控制方法提出了适合于风电接入的定有功功率与频率辅助控制策略。另外,设计了定交流电压控制器以及定直流电压控制器。通过PSCAD/EMTDC仿真软件对所提出的模型和控制方法进行了验证,仿真结果表明整个系统具有良好的控制性能。     

基于模糊PI的Boost PFC变换器的控制改进

为了减小开关变换器电流畸变对电网供电质量的影响,同时提高负载电压的动态响应性能,本文针对一个实际的单相功率因数校正装置设计改进控制方案。在建立小信号模型的基础上,根据其频域特性设计了相应的补偿器,并将电压环控制环节改进为模糊PI控制器。仿真运行结果表明,本文所设计的Boost PFC变换器的输出电压波形得到很好的改善,有效提高了电网供电质量。     

光伏级联DC/DC变换器模式切换稳定性分析及降压运行策略

在光伏直流升压汇集系统中,光伏侧DC/DC变换器通过级联拓扑可实现光伏功率升压直流送出。当光伏输入侧功率差异较大时,级联变换器会在最大功率点跟踪模式和定电压模式间切换,模式切换控制会引起系统稳定性变化。文章以级联隔离升压全桥变换器为研究对象,建立变换器在电导增量法-最大功率点跟踪控制、定电压控制下的小信号输出阻抗模型和级联系统等效阻抗模型,根据阻抗稳定性判据评估控制模式切换下系统稳定性差异。当变换器由最大功率点跟踪模式切换为定电压模式时会降低系统稳定性能,且随着切换控制模式模块数量的增多稳定性显著减小。在此情况下,可采用母线电压降压运行的方案,尽可能使光伏侧DC/DC变换器工作在最大功率点跟踪模式,以维持系统的稳定性。在Matlab/Simulink中搭建级联系统仿真模型,验证了理论分析的正确性。     

燃料电池系统宽范围输入电压变换器设计

燃料电池输出特性较软使得其系统中单向DC/DC变换器需要较宽的输入电压,从而限制了该变换器的应用。文章利用双管Buck-Boost级联电路可根据输入电压的大小自动切换升/降压工作状态来获得合适的恒定的输出电压的优点,对该级联电路设计了基于平均电流控制的电压、电流双闭环控制环路,从而实现其在宽范围输入电压下得到恒定的输出电压,可为燃料电池系统后级变换器提供稳定的输入电压,并降低其设计和优化的难度,还有效解决传统单管Buck-Boost电路开关管电压应力过高的问题。仿真和小功率样机的实验研究验证了所提采用双闭环控制环路的升降压变换器在宽范围输入电压下均具有良好的性能。     

直流融冰覆冰线路全控直流融冰电源及其控制切换策略

针对现有融冰电源的状况,提出了一种新型的基于绝缘栅双极型晶体管(IGBT)斩波调压电路的电压源型换流器(VSC)功率单元级联直流融冰电源拓扑。对VSC功率单元的工作模式和级联型融冰电源的工作特性进行了分析,结合该电源的拓扑特点,提出了功率单元的单位功率因数脉宽调制(PWM)控制+6重移相斩波调压控制的新型控制组合策略。根据融冰电源的应用方法,提出了基于"一进两回"融冰接入方法的新型三相循环自动融冰控制策略,给出了切换方法并进行了详细分析,同时对直流侧故障策略进行了分析。实验结果表明,该融冰电源具有电压稳定可调、恒流输出的特性,可以有效完成自动融冰功能,电能质量参数明显优于现有其他类融冰电源。     

Staircase Control of Hybrid Cascaded Multi-level Inverter

A cascaded multi-level inverter consists of H-bridge modules that can generally be divided into one with the same DC bus voltage and another with different DC bus voltages. By using the same power device as a standard 7-level 3H-bridge converter, the proposed converter operates with 15-level resolution with separate DC voltage sources of voltage ratio 4:2:1. The analysis of this hybrid cascaded converter with staircase control shows that this proposal can be applied in many power conversion applications, such as flexible alternative current transmission systems, uninterruptible power supply, and electric power conversion, transmission, and storage of renewable energy sources. Simulation results are presented with the proposed 15-level cascaded H-bridge inverter for a low distortion, near-sinusoidal stepped-voltage output, and a laboratory prototype of a 15-level insulated gate bipolar transistor-based cascaded H-bridge inverter is designed and implemented on a digital signal processor. The total harmonic distortion is proved less than 5%.     

火电辅机变频器低压穿越直流电压补偿及其控制

针对火电辅机变频器因厂用电压跌落而触发闭锁,造成发电机组停机的问题,设计了基于变频器直流母线电压补偿的辅助穿越装置。辅机变频器采用直接转矩控制,低压穿越装置主电路采用三重交错并联升压变换器结构,在电压跌落期间维持变频器直流母线电压稳定,同时减小输出电流高频纹波。考虑到并联模块参数差异造成的均流问题,提出在传统电压电流双闭环控制的电压外环加入均流环的解决方法,消除环流,使开关管电流应力更为均衡。由于控制系统具有非线性、强耦合的特点,传统PI控制器存在局限性,所以利用模糊控制算法优化PI控制器参数整定,改善其性能。最后用仿真验证了所提方法的有效性。     

单级型三相储能变流器基本控制策略分析

储能变流器是微电网、不间断电源（UPS）等设备中储能控制的关键设备。针对储能变流器的不同控制目标,控制策略可分为高级控制策略和基本控制策略。高级控制策略实现具体应用领域的控制目标,基本控制策略是高级控制策略设计的基础,根据高级控制策略形成的指令,实现基本环路的控制功能。将基本控制策略划分为定直流电压、定直流电流、定交流电流、定交流电压四种控制模式,通过在同步旋转坐标系下建立的变流器数学模型,运用典型I型系统和II型系统PI调节器经典设计方法,对每一种控制器进行设计,得到设计参数并进行仿真。结果表明,提出的基本控制器设计思路和方法可用于指导变流器控制器设计。