用于快速充电站的高频高效模块化固态变压器

随着碳化硅器件的发展,基于固态变压器（SST）的充电站供电架构相比传统基于工频变压器的方案在效率、功率密度及扩展性等方面已展现出优势。提出一种基于三电平功率单元输入串联输出并联的模块化SST。其中,隔离DC-DC级采用串联半桥LLC变换器,分析了软开关实现条件和参数设计,比中点箝位型三电平LLC更易实现ZVS,更适合高频高效运行。为实现单元间均压均流,基于后级均压前级均功率的协调控制思想,提出一种基于直流链电压反下垂的分布式控制方法,同时实现了均压、均功率和输出电压二次调节等多个目标。所提方法在一台10 kV级,360 kW SST样机上得到了实验验证。     

DC/DC多模块串并联组合系统控制策略

将多个标准化DC/DC变换器模块的输入和输出分别串联或并联,可以得到四类多模块串并联组合系统,分别可以有效地适用于不同的应用场合。针对四类DC/DC多模块串并联组合系统,本文分析了各模块的输入均压/均流与输出均压/均流的内在关系并确定了每类组合系统的控制对象。对于输入并联型系统,既可以采用输入均流控制,也可以采用输出均流控制(输入并联输出并联型系统)或者输出均压控制(输入并联输出串联型系统),而对于输入串联型系统,只能采用输入均压控制。在此基础上,提出了一种新的控制策略,实现了输入均压/均流(输出均压/均流)控制与输出电压控制的解耦,经进一步推导,该控制策略还可以实现串并联组合系统的模块化,不需要额外的控制环节。最后以三台全桥变换器的串并联组合系统实验验证了该控制策略的有效性。     

基于H桥级联型逆变器的APF直流侧均压和稳压控制策略研究

针对H桥级联型逆变器直流侧电压不均衡、不稳定的现象,深入研究了一种两级式的均压和稳压控制策略。上级稳压控制维持各相直流侧总电压的稳定,控制装置与电网间的能量交换;下级均压控制维持相内各单元直流侧稳定,按需求分配从电网吸收的功率。从能量的角度分析了直流侧电容电压的波动规律和均压、稳压的控制原理。最后通过Simulink进行仿真,验证了基于H桥级联型逆变器APF的均压、稳压控制策略的可行性。     

单相电力电子变压器中串联谐振型双有源桥电流特性分析

三级式电力电子变压器(PET)因其良好的控制特性,受到了广泛关注和应用。三级式PET由输入级、隔离级和输出级构成,各级之间通过储能电容相连。由于功率半导体器件的耐压水平有限,一般此类PET由多个功率模块级联构成。各功率模块的中间环节通常采用串联谐振型双有源桥(DAB)变换器来实现不同直流电压等级之间的电能变换与电气隔离。本文在考虑PET交流输入侧、直流输出侧瞬时功率分布规律的基础上,建立了单相PET功率模块的动态等效电路模型,推导了其中串联谐振型DAB的电流时域解析表达式及其简化模型。通过所搭建的Matlab/Simulink仿真模型和电力电子变压器功率模块测试平台验证了该模型的正确性。     

级联型电力电子变压器控制策略研究

针对模块级联型电力电子变压器(PET)高压级输出电压和隔离级功率传输不均衡问题,提出高压级采用电压均衡控制,隔离级采用功率均衡控制来解决,低压级采用电压重复控制,以减小逆变器输出谐波,提高PET输出的电能质量。隔离级和低压级输出采用并联的连接方式,避免了低压级不平衡对高压级产生影响。仿真结果验证了上述控制策略与连接方式的正确性与有效性。     

输入串联输出并联的直流变换器控制策略研究

输入串联输出并联型直流变换器能降低开关管的开关应力,适用于高输入电压、大功率的直流变换场合。为了保证该变换器的可靠工作,必须确保其输入分压电容均压和输出电流均流。文中首先从能量的角度出发,分析了输入串联输出并联型直流变换器的输入均压和输出均流之间的关系,指出输出均流控制不能保证输入均压,而输入均压控制可以确保输出均流;然后提出一种新的输入均压的控制方法,在保证输入均压和输出均流的同时,该方法可以实现输入电压的均压控制与输出电压的调节相解耦,有利于分别独立设计各个输入电容电压和输出电压的闭环控制,同时交错控制下的电流纹波抵消效应使输出滤波电容得到了减小;仿真和实验结果验证了该方法的有效性。     

基于传统PET的谐振型级联H桥电力电子变压器拓扑分析

<正>为了减少高频变压器、IGBT等原件的用量,基于传统的PET结构提出了一种谐振型级联H桥电力电子变压器拓扑(H-PET)并建立了数学模型。以PSCAD为仿真平台,并选定定直流电压控制、高频链控制、SM均压控制为控制策略对HPET进行稳态和动态仿真分析。为解决现有PET拓扑存在的问题,本文基于现有的PET拓扑结构提出了一种适用于中高压配电网的新型级联型固态变压器拓扑——谐振型级联H桥电力电子变压器拓扑(H-bridge Power Electronic Transformer,H-PET)。给出了这一拓扑的电路     

基于模块化双有源桥变流器的直流变电站设计方案

文中提出了一种基于模块化双有源桥变流器的直流变电站方案,将双有源桥模块按照输入端并联、输出端串联的结构级联而成,可以将输入端的直流低压升压至输出端的直流中高压,并且具备功率双向流动能力。模块化双有源桥变流器的直流高压出线连接到高压直流电网,各个模块的直流低压出线可分别连接到低压分布式电源和负荷。双有源桥模块内部使用结构紧凑的高频变压器实现输入端和输出端的电气隔离。提出了适用于模块化双有源桥变流器的串并联均衡控制,具有高效可靠且无需通信的特点,各模块的串联输出端的电压和并联输入端的电压保持相同的斜率关系。电磁暂态仿真结果表明该直流变电站总有功功率在各模块之间均匀分配,各模块的输入直流电流和输出直流电压能够保持均衡。     

三相AC/DC型电力电子变压器高频直流环节回流功率优化控制研究

级联H桥AC/DC型电力电子变压器中的高频直流环节通常采用双有源桥电路DAB(dual-active bridge),并通过移相控制方式进行能量传递。单移相控制会在DAB中引入回流功率,增加系统损耗。在由理想直流电压源供电的DAB中,通过改进的移相控制可以显著抑制回流功率。然而在电力电子变压器PET(power electronic transformer)中,交流电网侧的PWM整流环节会引入二次脉动功率,导致其高频直流环节的输入/输出电压变比存在低频脉动,使得现有的回流功率抑制方法难以获得期望效果。针对这一问题,分析了在PET模块电容电压存在低频脉动的情况下,采用单移相和扩展移相两种控制方式下的回流功率分布特征;同时,结合功率通道型三相AC/DC电力电子变压器,提出了功率解耦和扩展移相协同控制的回流功率抑制方法;通过功率解耦控制,抑制模块电容电压中的低频脉动,维持高频直流环节输入/输出电压变比恒定,并结合扩展移相控制,抑制PET中的回流功率。仿真和实验结果验证了所提方案可以有效抑制三相AC/DC型PET中高频直流环节内的低频脉动功率及回流功率。     

串联型H桥级联多电平电压扰动发生器

提出了一种串联型H桥级联多电平电压质量扰动发生器主电路拓扑,由低频级联H桥和高频H桥模块构成。该拓扑是一种混合串联型结构,系统电源提供大部分基波功率,低频H桥逆变器只输出基波和低频波动闪变波形,高频模块输出所有谐波电压波形,从而实现电压扰动解耦控制,保证电压扰动的精度和响应速度。利用现场可编程逻辑门阵列(FPGA)实现级联H桥逆变器的载波移相控制,同时完成对谐波模块的独立控制。制作了一套单相低压实验样机进行实验分析,实验结果表明主电路拓扑及控制策略能够良好地实现可控电压质量扰动发生。     

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。     

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。     

混合多馈入交直流混联系统中长期电压分级协调控制

随着高压直流输电的发展,柔性直流与常规直流接入同一或电气距离较近交流母线,形成混合多馈入交直流混联系统。为充分发挥柔性直流功率解耦及快速调节特性,减小常规直流换相失败概率,并保持交直流混联系统电压安全稳定,文中提出了一种混合多馈入交直流混联系统中长期电压分级协调控制方法。首先,对混合多馈入交直流系统进行建模,并分析柔性直流不同控制方式下控制量对交流母线电压灵敏度的求解方法。其次,构建两级协调电压控制,系统级控制以交流系统最低节点电压轨迹偏差和控制成本最小为目标;换流站级控制以保证常规直流馈入母线电压和换相裕度为目标。根据发电机无功裕度设计不同的控制方案,针对常规高压直流输电熄弧角和有功功率,避免其发生控制冲突,设计两级协调策略。最后,仿真结果表明所提控制方法能够明显提高交直流混联系统的中长期电压稳定性。     

基于级联式整流电源的恒流均压控制方法

针对电磁探测的大功率电磁场激发需要,本文采用输入并联输出串联的级联式整流电源,提高输出电压等级,保证激发功率。为了满足电磁探测过程中输出电流的稳定性,提出了基于双闭环的恒流均压控制算法。分析了级联式直流电源恒流均压输出的原理,建立了电源的数学模型,设计了电压电流环的控制器,在Matlab/Simulink中搭建仿真模型并通过控制器参数优化从而降低误差。级联式直流电源由于上下两部分可能存在器件参数不同的情况,这就导致在恒流控制下两级电源输出电压不同,在动态情况下的偏差会更大从而引起器件不均压而损坏,因此在考虑控制恒流输出的同时需要加入控制均压输出。通过对输出电流电压进行采样,经控制器转换为相应的脉冲触发对应的开关器件从而实现恒流均压输出。仿真结果显示输出电流控制在2 A,电流变化在5%以下。     

新型多端输入光伏并网系统运行控制策略

提出一种基于双主动全桥(DAB)变换器多光伏阵列并列输入、级联逆变输出的高频隔离型光伏并网系统。分析了DAB变换器的功率传输能力,设计了其移相控制策略;针对各输入端光伏阵列光照强度不同带来的功率不平衡问题,基于dq解耦控制数学模型,设计了级联多电平DC/AC变换器的调制量补偿控制策略,实现了各直流端电压的平衡控制。在PSCAD/EMTDC中搭建了4.5 MW/10 kV光伏并网模型进行仿真,仿真结果验证了系统结构的可行性以及所提控制策略的有效性。     

星形链式STATCOM直流侧输入阻抗及交直流功率耦合关系分析

星形链式静止同步补偿器(STATCOM)在交流系统发生故障时容易产生直流侧电压失稳现象,为其应用带来难题.首先引入相位补偿因子及电流交叉解耦环节推导交流侧输入导纳,通过对功率模组数学模型进行拓展分析推导直流侧输入阻抗.根据所得交流侧输入导纳及直流侧输入阻抗,建立交、直流侧电压扰动之间的关系,分析交、直流功率耦合关系.分析结果表明,交流侧电压扰动经交流侧输入导纳产生扰动电流,直流电压控制环对直流侧电压扰动的闭环控制也会产生扰动电流,2个扰动电流共同经直流侧输入阻抗形成直流侧电压扰动.采用经低通滤波的系统电压全前馈控制以及系统电压部分前馈控制策略进行实验验证,实验结果表明所提方法可以准确地分析交流系统故障下直流侧电压扰动水平.     

特高压直流分层接入下交直流系统中长期电压稳定协调控制

与传统特高压直流单层接入方式相比,分层接入方式从电网结构上改善了交流系统对多馈入直流系统的接纳能力和电压支撑能力,在潮流分布与控制上更加灵活、合理。为了充分利用分层接入直流系统快速功率调节能力,避免或减少中长期电压失稳过程中切负荷造成的经济损失,文中提出一种特高压直流分层接入下的交直流系统中长期电压稳定协调控制方法。首先,基于直流分层接入系统准稳态模型,推导了不同直流控制方式下换流母线电压对分层接入直流逆变器传输功率的灵敏度解析表达式,并建立交直流系统电压轨迹预测模型。综合考虑直流电流和高、低端逆变器熄弧角的调制,基于预测轨迹构建协调电压控制的滚动优化模型,对直流分层注入功率和交流系统各电压控制手段进行协调控制。对山东电网规划系统的仿真分析表明,所提方法能够有效协调直流传输功率在交流电网中的分配,提高了系统电压稳定性并减少了切负荷损失。     

基于模块化结构的电气化铁路统一电能质量控制器

提出了2种基于模块化结构的铁道统一电能质量控制器主电路拓扑,2种拓扑交流侧均采用链式结构,具有良好的谐波特性。针对链式结构变流器存在的直流电压平衡问题,建立了所述拓扑中电容电压的数学模型,并对现有各种直流电压平衡控制策略的优缺点及存在有功功率双向流动的背靠背变流器的适用性进行了分析。结果表明,电容电压中的直流分量分别与吸收和发出有功功率侧变流器的调制比成正相关和反相关的关系。最后,给出了铁道统一电能质量控制器装置级控制策略,并通过仿真实例证明了所述拓扑和控制策略的正确性。     

含多端柔性互联装置的交直流混合配电网协调控制方法

含柔性互联装置的交直流混合配电网协调控制方法是保证其高效可靠运行需要解决的关键技术之一。文中提出了一种新型的交直流混合配电网的协调控制方法。首先,根据互联装置交流侧运行状态将系统分为了9种不同的运行模式,并依照不同运行模式的控制需求提出了互联装置、储能单元以及光伏发电单元的控制策略。针对下垂控制的直流电压偏差问题,采用直流电压二层控制进行补偿。同时为了避免深度放电,提出了基于荷电状态带有缓冲区的减载算法,能够有效减小直流电压波动,而对于深度充电问题,提出了采用光伏发电单元同时切换至分层直流下垂控制实现直流电压恒定,实现按照容量比例进行均分。最后,通过仿真软件搭建了仿真模型,仿真结果验证了所提出方法的有效性和可行性。