新型模块化多电平DC-DC变换器拓扑及其工作机理分析

针对目前模块化多电平DC-DC变换器拓扑结构及其主要采用的交流平衡控制方法所带来的问题,基于直流控制思想,提出了一种新型模块化多电平DC-DC变换器拓扑。通过重构一种全桥子模块结构,每个子模块电容同时包含两条充放电路径,相邻子模块间通过形成局部的并联支路实现电容间电能传递和电容电压自平衡,避免了子模块电容在单向直流电能变换导致的电压失衡。通过对变换器的平衡机理及其基本工作原理分析、仿真实验验证,结果表明所提出的变换器在直流控制方式下能够稳定运行,子模块电容电压具有自平衡能力,变换器电压变比范围大,具有适用于不同应用场合直流输配电的应用潜力。     

模块化多电平DC-DC变换器研究综述

模块化多电平结构相比常规箝位型多电平和级联型多电平结构,具有更好的模块化设计、高压应用、多电平输出等性能。基于模块化多电平结构的DC-DC变换器特别适合中高压大容量直流输配电及新型直流负载供电。首先介绍了模块化多电平结构的组成及特点;其次对现有模块化多电平DC-DC变换器的主要拓扑结构及相应的调制控制方法进行了详细的总结梳理,并分析了变换器的故障隔离保护机制;最后对模块化多电平DC-DC变换器的研究难点及前景进行了展望。已有的研究表明,模块化多电平DC-DC变换器以其优越的电能变换性能,在价值需求的牵引下必然引领新的直流输配电技术的革新高潮。     

单向MMC型DC-DC变换器的控制策略

直流电网是解决新能源发电并网稳定性问题的研究热点。DC-DC变换器是连接不同电压等级直流电网的关键器件。MMC型DC-DC变换器采用模块化的拓扑结构,因而适用于高压大功率场合,其中单向MMC型DC-DC变换器适用于功率传输方向一定的电压变换场合,造价低、控制方式简单。但是目前对该拓扑的研究还比较少,相应的控制策略仍主要沿用MMC传统电平逼近的控制策略,国内目前也尚未有实际的示范工程,因此还需对该拓扑进行更深入的研究,提出适用于该拓扑的控制策略,为实际的示范工程提供一定的参考。该文提出了一种新型的适用于单向M M C型DC-DC变换器的控制策略,该控制策略将传统的电压追踪转变为电流追踪,在每个周期开始时刻计算出子模块的开通个数,通过控制子模块的开通和关断,使输出电流跟随参考电流变化。最后搭建了单向MMC型DC-DC变换器的仿真模型,仿真结果表明该控制策略可以很好地实现电压变换,输入侧电流波动小,是一种有效的控制策略。     

Y源高增益DC-DC变换器滑模控制技术的研究

针对传统升压电路升压能力不足的缺陷,提出一种新型耦合电感高增益直流变换器（Fibonacci switch capacitor-Y sources DC-DC converter,FSCYS）。采用动态响应性能和鲁棒性能优越的滑模变结构控制,实现了优于PID控制的直流闭环滑模控制器设计。利用Matlab/Simulink软件仿真及实验对比了两种控制方式在输入电压和负载扰动下的动态性能。仿真和实验表明：滑模变结构控制以其简单的建模方式、超快的动态响应和较强的鲁棒性等特点适合高阶直流变换器的闭环控制。     

新型模块化多电平动态投切DC/DC变压器

直流电网是解决新能源接入,实现远距离大容量功率传输的有效技术手段。直流变压技术是实现直流电网不同电压等级变换的核心。该文提出一种新型模块化多电平DC/DC变压器拓扑,借助一二次侧直流系统共享电容及模块化动态投切原理实现直流电压等级变换。同时针对不同应用场景,对变压器拓扑结构以及控制方式进行适应性调整。较之隔离型模块化多电平直流变压器,所提出的新型变压器结构简单,经济性和灵活性更优,控制系统高效简单,同时依托变比灵活调控,可主动参与潮流控制。利用PSCAD/EMTDC搭建仿真模型,并验证新型直流变压器的可行性与先进性。     

双向MMC型DC-DC变换器的控制策略研究

双向MMC型DC-DC变换器由于其具有电气隔离、灵活控制直流功率、适用于高压大功率场合等诸多优势,目前得到了广泛的关注。本文提出了一种适用于双向MMC型DC-DC变换器的控制策略,该控制策略系统级采用定交直流电压控制,实现对变换器有功和无功功率的控制;阀组控制采用先生成触发脉冲,然后排序均压的控制方式,实现变换器桥臂能量的均衡。MATLAB/Simulink仿真表明在所提控制策略下,变换器可以获得稳定的直流输出电压,子模块电容电压实现了较好的均衡,同时各个子模块的开关频率也实现了一致,结果比较理想。     

基于旋转电容的直流电网软开关DC-DC变换器设计

作为连接不同电压等级直流母线的关键设备之一,DC-DC变换器转换效率的提高对于建立直流电网有重要意义。为了降低大功率软开关DC-DC变换器的体积和质量,基于旋转电容构造了一种能够实现功率器件零电流关断的非隔离型双向DC/DC变换器。介绍了变换器的电路拓扑结构;分析了不同模式下的稳态工作过程;设计了器件的具体参数及控制方案并研究了变换器的损耗特性;最后,在Matlab/Simulink中搭载仿真模型,验证了设计方案和控制策略的正确性。结果表明,所设计的变换器能够实现开关管和二极管的零电流关断,具有较高的转换效率。     

一种蓄电池充电用高可靠性DC-DC变换器

介绍了一种能将直流高压电源变换为直流低压电源,并对蓄电池进行充电和管理的高可靠性的DC-DC变换器。详细说明了DC-DC变换器的技术参数、功能要求及插槽式模块化结构设计方法,着重阐述了开关电源模块的均流控制、充电管理功能及电路原理;归纳总结了变换器高可靠性的冗余设计及其相应保护功能。     

开关减少的新型多电平变换器及其MPC设计

针对低成本、高输出电能质量的电能变换需求,设计了一种开关数量减少的新型多电平变换器及其有限集模型预测控制器(MPC).新型多电平变换器采用了两级变换,前级直流变换器产生了可变直流电压供后级逆变,从而可产生多电平输出.和传统多电平变换器拓扑相比,在实现多电平输出的同时,大量减少了开关器件数量.前级直流变换器采用模块化设计...     

一种新型结构的电力电子变压器

电力电子变压器是一种新型智能电力变压器,在配电网中应用前景广阔。本文提出了一种新的模块化电力电子变压器拓扑结构,将双向隔离DC/DC变换器与模块化多电平变换器子模块连接在一起,直接得到低压直流输出,并利用四桥臂变换器产生低压交流输出,这种结构方式更利于模块化设计,减小装置体积。文中给出了模块化多电平变换器,双向隔离DC/DC变换器以及四桥臂变换器的控制方法,最后通过仿真和实验验证了该拓扑的性能。     

基于开关电容的三端口DC-DC变换器

三端口直流变换器(TPC)应用于新能源供电系统与电动汽车供电系统,可将系统中原有的多个单向和双向直流变换器在电路结构上实现合并,具有结构简单、成本低、控制灵活等优点。根据TPC的分类和组成规则构建一族含有开关电容、自举电路、BUCK、BOOST电路的高压比三端口直流变换器。形成的新型三端口变换器具有压比高、结构灵活、调压范围广等特点,可以很好地应用在新能源发电应用系统中。最后对提出的新拓扑进行理论分析和实验验证。     

谐振变换器开关死区引起的直流变压器的功率损失

随着直流微电网和直流配电网的兴起,作为直流电压隔离变换的直流变压器备受关注。具有恒变压比的直流变压器通常采用高频谐振变换器和50%占空比控制,具有高效简洁的特点。本文分析了考虑开关死区情况下直流变压器的典型工作模态,推导建立了传输功率与开关死区时间的数学表达式,得到了死区将会降低直流变压器的传输功率的结论。建立了一种CLLC型谐振变换器拓扑的直流变压器的仿真模型和实验平台,结果验证了上述结论的正确性。     

一种新型的零电压开关双向 DC-DC变换电源

介绍了用于中小功率的双向DC-DC变流装置,它能将直流电压从24 V提升到240 V,也可以将240V直流电压变换成24 V.在变流器的两个桥式电路中间使用一个隔离变压器,在不增加电路器件的情况下,实现电能的双向传递,变流器通常工作在降压方式,主直流电源来自交流或燃料电池,主电源向负载提供电能的同时向蓄电池充电,在主直流电源故障的情况下,蓄电池替代主直流电源,向负载供电.使用适当的控制策略,实现元件的零电压开关.在对电源系统的工作原理进行理论分析的基础上,对其进行了仿真和实验验证,证明系统具有转换效率高、性能稳定和电路简单等特点.     

直流变压器的研究与实现

研究了DC-DC变换器的一种不调压形式--直流变压器的工作特性.直流变压器有输入输出电压成比例的特点;由于直流变压器的系统中储能元件小,因此系统频带宽;此外直流变压器还具有易于实现ZVS开关、功率密度高等优点.在理论分析的基础上,采用推挽正激电路为基本单元进行了实验验证.     

一种并联输入并联输出的宽范围双向隔离DC/DC变换器

目前,DC/DC变换器广泛应用于新能源发电、电动汽车以及锂电池化成分容等领域。针对低压大电流双向功率传输应用场合,提出了一种输入并联输出并联的宽范围双向隔离DC/DC变换器。该变换器由2个相同的两级式DC/DC变换器组成,前级采用高效率LLC谐振变换器作为直流变压器,以实现电气隔离;后级采用交错式Buck/Boost变换器,保证宽范围电压输出和高动态性能。所提变换器能够实现功率的双向传输,且采用了一种功率方向改变时,无需进行功率流向判断与开关逻辑切换的调制策略,简化了系统的控制策略并提高可靠性。设计了1台3 kW的实验装置,实验结果验证了所提变换器及其控制方法的可行性和有效性。     

分布式风光储系统双向DC-DC变换器研究

文中提出了一种分布式风光储系统的架构,并重点研究系统中连接蓄电池和直流母线的双向DC-DC变换器。双向DC-DC变换器能够实现太阳能阵列、风机、电网和蓄电池之间的能量交换、调节母线电压,是风光储系统的关键部分。本文采用高变比的双有源全桥变换器构成双向DC-DC变换器,它既能连接较低输出电压的蓄电池和高压直流母线,又能通过移相控制实现功率双向流动和软开关。本文研制了一台3 k W风光储系统样机,在不同工况下测试了双向双有源DC-DC变换器的功能。     

High-Frequency Soft-Switching PWM DC-DC Converter with Active Output Rectifier Operating as a Current Source for Arc Welding Applications

This paper introduces a high-frequency soft-switching pulse-width modulation DC-DC power converter with secondary active rectifier tested as a DC current source for arc welding applications. The soft-switching DC-DC converter consists of a high-frequency full-bridge inverter, high-frequency power transformer, and a controlled output rectifier with new secondary energy recovery turn-off snubber. Circulating currents in the converter are reduced by using active rectifier, and RMS values of the currents in primary and secondary switches are decreased by utilizing a novel control algorithm. The experimental results of a 4.5 kW DC-DC converter working at switching frequency of 100 kHz are presented.     

张北数据港柔性变电站DC/AC变流器关键控制策略

柔性直流输电是实现新能源并网和直流电网的极具潜力的输电方式。文中在张北数据港设计构造了一台柔性直流输电系统用DC/AC变流器。所设计的变流器采用多变流器并联+z型接地变压器结构。为抑制离网下由于负荷特性而造成的输出电压不平衡与输出电压畸变问题,分别提出了变流器输出电压不平衡控制策略与输出电压谐波抑制策略,以保证设备的供电质量。为保证设备的不间断供电并提高设备的供电可靠性,提出一种主动限流控制策略,在设备离网供电模式下电力系统发生短路故障时进行主动限流。最后,搭建了2.5 MW DC/AC变流器进行实验研究。实验结果验证了所提控制策略的有效性。目前,该装置已应用于张北数据港柔性变电站。