风力发电系统中大功率变流器的应用

风电系统对中压大功率变流器的需求日益增加,大功率变流器已引起人们极大的兴趣。直接驱动型变速恒频风力发电是一种新型的发电技术,它具有无齿轮箱、机械磨损小、整机效率高,运行维护成本低等优点,在风力发电领域中有着很好的应用前景。为掌握变流器的设计制造技术,推动我国风电事业的发展,首先对直驱型变速恒频风力发电系统基本拓扑结构进行了对比分析,着重介绍了直接驱动型风力发电系统几种大功率变流器拓扑结构,比较了各种拓扑结构的优缺点、技术难点,以及实际应用中存在的问题,并对大功率变流器在风力发电系统应用中的可行性进行了相关分析与探讨,为直驱风力发电系统拓扑结构的选型提供了参考基础。采用的二极管箝位五电平级联H桥拓扑,结合了二极管箝位型多电平和级联H桥多电平的优势,需要较少的箝位二极管和独立直流电源,即可进一步提高输出电压等级,使用移相变压器和12脉波整流器作为输入电路,可以方便地应用在使用多相永磁同步发电机的直驱风电系统中。仿真和实验结果证实了所采用的拓扑及其控制方法的有效性。     

风力发电系统中两电平与三电平变换器研究

介绍了变速恒频风力发电系统结构以及变换器在变速恒频风力发电系统机侧和网侧的控制模型.分析比较了二极管箝位型三电平拓扑与传统两电平拓扑变换器的损耗,包括功率开关器件导通损耗、开关损耗以及滤波电感的损耗.分析比较了两种变换器输出仿真波形.对两种变换器分别用于变速恒频风力发电系统中机侧和网侧的仿真波形进行分析比较.仿真结果表明,在变速恒频风力发电系统中,相对于传统的两电平变换器,三电平变换器有效降低了损耗,减小了纹波电流,输出电平增多,减小了电压变化,使波形质量得到了很好的改善,适用于变速恒频双馈风力发电系统.     

直驱式变速恒频风力发电系统变流器拓扑结构对比分析

直驱式变速恒频风力发电系统由于其采用低速永磁同步发电机结构,系统无需齿轮箱,具有机械损耗小,运行效率高,维护成本低等优点而受到了越来越多的关注。针对直驱式变速恒频风力发电系统变流器拓扑结构进行研究,对比分析了晶闸管变流器,电压源型逆变器,电流源型逆变器等各种变流器结构,指出了各自的优缺点。     

一种二极管箝位级联拓扑在直驱风电系统中的应用研究

随着风电机组单机容量的不断增大,多电平变流器的应用得到了广泛关注。采用的二极管箝住五电平级联H桥拓扑,结合了二极管箝位型多电平和级联H桥多电平的优势,需要较少的箝位二极管和独立直流电源,即可进一步提高输出电压等级,使用移相变压器和12脉波整流器作为输入电路,对其在使用多相永磁同步发电机的直驱风电系统中的应用进行了初步探索。基于拓扑提出了消谐波SPWM和载波相移SPWM相结合的调制方法,能够方便地对二极管箝位级联拓扑进行控制,可以进一步提高等效载波频率,降低器件损耗和滤波器体积。仿真和实验结果证实了所采用的拓扑及其控制方法的有效性。     

一种改进的级联型多电平变换器拓扑

该文提出了一种改进的级联型多电平变换器，它可以由任意个H-桥单元级联构成。其中的H．桥可以是两电平，也可以是二极管箝位型或电容箝位型的任意电平，不同单元采用不同的独立直流电压源。相对于传统的级联型拓扑，在得到相同输出电平的情况下，新拓扑可以使用较少数量的开关器件和较少数量的独立电压源，从而简化电路，降低成本。该文以两电平H-桥(2-H)和飞跨电容型三电平H-桥(3-H)级联构成的拓扑为例进行了分析研究和仿真验证。     

变速恒频直驱型风电系统变流器拓扑结构研究

直接驱动型变速恒频风力发电是一种新型的发电技术,它具有无齿轮箱、机械磨损小、整机效率高、运行维护成本低等优点,在风力发电领域中有着很好的应用前景。该系统需要采用全功率变流器,对应的大功率变流器单元可以有不同的拓扑结构,根据每种电路拓扑的特点,整个系统的控制方法都会相应地发生变化。载波相移正弦脉宽调制技术(Carrier Phase Shifted Sinuous Pulse Width Modulation, CPS-SPWM）可以在较低的开关频率下有效地抑制和消除低次谐波,并具有相当大的传输带宽,是一种适于大功率电力电子装置的较佳的开关调制策略。文章首先对直驱型变速恒频风力发电系统基本拓扑结构进行了对比分析,着重介绍了用CPS-SPWM调制方法控制的五电平级联变流器,及其在直驱型风力发电中的应用。直接驱动型风力发电系统几种大功率变流器拓扑结构对比分析,比较了各种拓扑结构的优缺点、技术难点,以及实际应用中存在的问题,并对大功率变流器在风力发电系统应用中的可行性进行了相关分析与探讨,为直驱风力发电系统拓扑结构的选型提供了参考基础。     

二极管箝位级联多电平变换器控制方法的研究

级联多电平变换器和二极管箝位多电平变换器是近年来研究较多的两种多电平拓扑,介绍了结合二种拓扑特点的二极管箝位级联多电平变换器的拓扑结构,详细讲述了谐波最优化阶梯波技术的基本原理,并且对二极管箝位级联九电平变换器做出了仿真分析和实验结果。     

直驱风电系统的一种多电平拓扑及其并网研究

在直驱式变速恒频风力发电系统中,为了更好地适应系统容量的不断提升,同时在现有的电力开关器件耐压条件下,提高变流器输出电压等级和性能以降低线路传输损耗,将低速多相永磁同步发电机与级联型多电平逆变器直接耦合起来,形成了一种可实现高效率电能变换的新型拓扑结构。网侧采用电网电压定向控制策略对级联型多电平逆变器进行控制,实现了电流有功、无功分量的解耦及单位功率因数并网。对级联型多电平逆变器的开关调制则采用了一种基于多个两电平系统组合的多电平SVPWM方法,简化了调制算法。基于Matlab7.1的并网仿真结果验证了这一方法的可行性。     

动态电压恢复装置的拓扑结构

介绍了利用多种储能元件实现动态电压恢复装置(DVR)的原理、结构,分析了化学电池储能、超导储能以及飞轮储能的优缺点,并指出直接由并联支路从电网获取能量拓扑方式目前更适合于实际工程应用.在低电压等级中,对二极管整流拓扑、高频隔离型拓扑等几种直接由并联支路从电网获取能量的拓扑方式进行了比较分析,精减低压系统中指出高频隔离型拓扑的优点和应用价值.在中压系统中,对五电平二极管箝位、飞跨电容型箝位、级联多电平以及混合级联多电平进行了特点分析,指出了级联型拓扑在以后的实际应用中的实用价值.通过对比归纳总结动态电压恢复装置目前的各种拓扑结构,对动态电压恢复装置的实际工程应用具有一定的指导意义.     

变速恒频风力发电系统中的电力电子技术

对变速恒频风力发电系统中的电力电子技术的最新发展做了全面综述。介绍了常用的变速恒频发电系统的典型结构及其优缺点,并重点以直驱型风力发电系统和双馈型风力发电系统为例,介绍了全功率变换器、双脉宽调制（PWM）变换器、矩阵变换器等典型的功率变换技术及其在系统中的应用。另外,还介绍了转子电流控制器等一些最新的在变速恒频风力发电系统中应用的电力电子变换技术。     

永磁直驱风电系统变流器拓扑分析

永磁直驱风电系统变流器为永磁同步发电机和电网的接口,对其常用的拓扑进行了详细的分析和说明,包括不控整流 逆变器、不控整流 DC/DC变换 逆变器、背靠背双PWM变换器等拓扑,对其工作原理、应用和优缺点进行了介绍和对比,并针对风电机组对大功率变流器的需求,对大功率拓扑结构的特性和应用进行了详细的介绍。不控整流 Boost变换 并网逆变器和背靠背双PWM变换器2种拓扑是目前的优选方案,多电平变换器因其优良的性能将具有良好的发展前景。     

高压大容量储能功率转换系统的拓扑结构比较

高压大容量储能功率转换系统的主电路是储能电池进行充放电控制的基础,选择合理的功率转换系统主电路拓扑结构直接关系到高压大容量储能系统实际应用的可行性。分析变压器升压型变流器并联结构、H桥链式多电平变流器、全(半)桥模块化多电平变流器的单级式与双级式主电路拓扑结构,对比上述拓扑结构的材料成本、工作可靠性、材料功率损耗和输出电能质量。基于数学模型与仿真分析综合比较单位容量投资成本、工作可靠性、系统损耗和输出电能质量,结果显示H桥链式多电平变流器和半桥模块化多电平变流器更适合构建10 kV兆瓦级高压大容量储能功率转换系统。     

基于双钳位变流器的直驱式风力发电系统控制方法研究

为了抑制永磁直驱风力发电系统中变流器中点电位波动及IGBT关断过电压,引入了双钳位三电平变流器结构,分别提出了整流和逆变状态下双钳位三电平变流器中点电位和钳位电容电压平衡控制方法。推导出了双钳位三电平整流器和永磁同步电机数学模型,给出了双钳位机侧变流器和网侧变流器控制方法。最后,采用MATLAB搭建了系统仿真模型,并基于模拟风电系统进行了实验,结果均证实了研究内容的正确性。     

新型高压变频器设计

开发了一款可能量反馈的级联型高压变频器,其电网侧变换器摒弃了传统的二极管不可控整流器,而采用三相PWM整流器为电机侧级联型逆变器各H桥单元提供独立的直流电源,使得在不引入多脉波整流技术的情况下,就能够实现单位功率因数的整流和逆变,且网侧电流呈正弦,谐波含量小.为验证该结构变频器适合应用于高压大功率交流变频调速领域,以高...     

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%.     

光伏发电系统辅助电源设计

为光伏发电系统辅助电源设计了一种采用UC3863控制芯片的多路输出LLC谐振变换器.通过采用高频交流母线和分布式电源供电技术,解决了多路隔离输出的难题.主开关管和输出整流二极管均实现了ZVS和ZCS,提高了能量传输效率.结合200～380 V输入20W输出的样机试验结果,分析了电路的工作特点、励磁电感的设计要求,以及针对不同次级电流所需的次级电路结构设计.该变换器具有效率高、体积小、价格低等优点.     

星接三相二极管H桥级联变换器分析与设计

针对实际工业应用中,70%场合中高压变频器只需实现能量单方向传输的特点,分析讨论了一种可用于构成新一代高频隔离中高压变频器整流级的三相星形接法二极管H桥级联变换器。针对单相二极管H桥级联变换器本质上不能实现单位功率因数运行的问题,在分析了星形接法的三相二极管H桥型变换器的工作原理基础上,给出了三相系统可实现单位功率因数运行的理论依据,并重点讨论了三相二极管H桥型变换器运作的两种工作模式。同时采用相量图法给出了系统的最大升压比和系统电感、电容等主要参数的约束条件。最后通过仿真和实验验证了所提理论的正确性和有效性。     

四相开关磁阻电机新型T型功率变换器研究

为了扩大四相开关磁阻电机(SRM)驱动系统的输出功率范围,提出了一种新型不对称T型功率变换器。该功率变换器由改进的T型功率变换器和辅助电路构成:T型变换器为多电平电路,可使得电机绕组在多种模式下工作,控制灵活;辅助电路能够使直流侧分压电容在实现直流侧电压钳位的同时用作电机相电流上升及下降期间的电压抬升。对电机不同运行模式进行了详细分析,并对比了所提T型功率变换器与二极管中性点钳位(NPC)功率变换器的效率及成本。对SRM系统进行了仿真研究,结果表明所提新型T型功率变换器可提升SRM系统的转速及功率输出能力,提高系统整体效率,适用于电机高速运行场合。     

Analysis and implementation of a soft switching DC/DC converter with three asymmetric PWM circuits

This paper presents a soft switching converter with three buck‐type active clamp circuits (or asymmetric half‐bridge circuits) to achieve the functions of the low power rating on the transformers and power semiconductors and low current rating on the rectifier diodes and output inductors. Three half‐bridge circuits are stacked at the high voltage side to reduce the voltage stress of each power switch at one‐half of input voltage and connected in parallel at the low voltage side to share load current and reduce the current rating on each magnetic component and the rectifier diode. Thus, the size of the output chokes is reduced. In each half‐bridge converter, the asymmetric pulse‐width modulation is adopted to control power switches. Power MOSFETs can be turned on with zero voltage during the transition interval due to the resonant behavior by the output capacitance of MOSFETs and the leakage inductance (or external inductance) of transformers. Experiments based on a laboratory prototype with 1 kW rated power are provided to demonstrate the performance of proposed converter. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于调制波重构的级联H桥型变流器直流电压均衡控制原理分析

为了抑制级联H桥型变流器直流电压的不均衡,分析变流器交流侧和直流侧的功率传输,然后以调制波重构的思想详细分析直流电压均衡控制的原理。提出基于单位化的变流器输出电流构造调制波微调量的改进直流电压均衡方法。根据分析结果,给出在整流、无功补偿、谐波补偿等应用场合直流电压均衡控制策略的构成方法及建议。仿真和实验结果表明直流电压均衡控制策略的有效性。