一种新型拓扑的背靠背柔性直流输电系统及其仿真

从降低电力电子器件直接串联数目、器件开关频率和简化主电路拓扑结构3个方面出发,提出一种基于模块级联的背靠背柔性直流输电结构。选用了高压大电流、低导通损耗而开关频率却相对较低的开关器件IGCT,设计了基于该系统模型的控制系统,确定了其控制策略。MATLAB软件仿真结果证实了笔者提出的背靠背柔性直流输电系统模型的正确性和控制策略的有效性。     

兆瓦级中压风电变流器的新型串联混合三电平NPC拓扑

提出一种新型的串联混合三电平中点钳位(neutralpoint clamped,NPC)拓扑,该拓扑是基于传统三电平NPC拓扑的改进和优化,引入大功率IGBT的串联应用.该新型拓扑中,桥臂的两个外管分别用两个低压IGBT串联,两个内管均用高压IGBT.在多兆瓦级中压风电变流器中,大功率IGBT的开关损耗很大,从而限制了开关频率.提出的新型拓扑通过低压IGBT的串联来减小功率器件的损耗,从而提高开关频率,同时可减小输出滤波器的尺寸.通过传统三电平拓扑和新型串联混合三电平拓扑IGBT损耗的对比,说明新拓扑的优势.通过改变门极驱动电阻实现串联IGBT的均压,对新拓扑的应用具有重大意义.最后通过新拓扑的单相样机验证新拓扑的正确性和可行性.     

改进型NPC拓扑结构在光伏并网逆变器的应用

传统三电平中点箝位(NPC)逆变器拓扑结构中不同开关器件承受的工作损耗不同,损耗分布会因光伏发电工作状态改变,因而大功率逆变器的散热问题急需解决。提出了一种新型NPC拓扑结构,通过控制策略的编程控制,使逆变器的开关器件有了更多的开关自由度,达到系统器件平衡散热,从而解决了逆变器的局部高温问题。系统采用功率可调的PWM策略实现了不同工作状态,且不影响系统的输出电流,通过新的硬件拓扑和控制策略实现了系统开关器件的损耗平衡。     

Si IGBT/SiC MOSFET混合器件及其应用研究

综述了Si IGBT/SiC MOSFET混合器件在门极优化控制策略、集成驱动设计、热电耦合损耗模型、芯片尺寸配比优化和混合功率模块研制等方面的最新研究成果与进展。Si IGBT/SiC MOSFET混合器件结合了SiC MOSFET的高开关频率、低开关损耗特性和Si IGBT的大载流能力和低成本优势,已有文献的最新研究和实验结果验证了该类器件的优异特性,表明其对高性能电力电子器件实现更高电流容量、更高开关频率和较低成本具有重要意义,是高性能变换器应用中非常有潜力的功率器件类型。     

3电平VSC-HVDC系统模型预测控制策略

为提高现有电压源换流器型高压直流(VSC-HVDC)输电系统运行性能,提出了一种3电平VSC-HVDC系统模型预测控制(model predictive control,MPC)方案。该方案采用遍历法预测所有开关状态对应的换流器未来系统状态,选择使目标函数最优的开关状态,并将该最优开关状态作用于实际换流器系统。为了减少开关损耗需要降低开关器件动作频率,为此在目标函数中引入降低开关频率目标项,在兼顾控制性能的同时有效地降低开关器件动作频率。与传统电压定向控制策略相比,所提控制策略具有动态响应迅速、处理多目标控制灵活且无需调制模块等优势,这些优势在基于Matlab/Simulink软件进行的仿真中也得以验证。     

基于开关变压器技术的超大功率无触点电力电子开关模块

本文介绍了一种基于开关变压器技术的高电压大功率的式电力电子开关模块(以下简称开关变压器模块),可用于任何等级的高压交流电压调节、电流调节及功率调节。其主要特征是将电力变压器的开路特性、短路特性与可控硅的开路特性、短路特性结合起来,利用二者性能上的结合创造出耐高压的大功率电力电子开关器件。开关变压器模块的发明相当于发明了一种新的大功率无触点电力电子开关器件,成功地解决了电力电子器件串并联的低可靠性问题,可用于任何高电压大功率调节的场合,且具有极高的可靠性。     

载波移相技术在链式STATCOM中的应用

目前已投产的大容量静态同步补偿器(STATCOM)多采用多电平链式结构.在大功率变流器场合中,期望大功率、耐高压的电力电子装置能够在尽可能高的开头频率下工作.以提高输出波形质量.但大功率开关器件所允许的开关频率较低,很难将传统PWM技术运用于这些大容量变流器.CPS-SPWM技术是一种适用于大功率电力开关变流器的优秀调制策略,能够在较低的器件开关频率下实现较高等效开关频率的效果,且输出波形谐波较少.     

采用不同子模块的MMC-HVDC阀损耗通用计算方法

针对模块化多电平换流器型高压直流输电系统(MMC-HVDC)提出了一种阀损耗通用计算方法,可统一分析现有子模块结构:半桥子模块、全桥子模块和箝位双子模块。首先基于系统运行参数和调制控制策略解析出各子模块元件的电流、电压时域变化波形,然后利用厂商提供的特性曲线对半导体器件特性参数进行拟合,最后结合器件电流、电压波形和开断次数计算其损耗和结温。所提方法能够计及优化电容电压附加控制,且便于编程实现。基于所提方法开发了MMC-HVDC阀损耗通用分析程序,可快速计算各种工况下的换流器功率损耗分布和器件结温。通过算例计算验证了所提方法的有效性。算例结果表明:3种典型MMC拓扑中H-MMC损耗最少,C-MMC次之,F-MMC最差;环流抑制后个别运行工况下换流器损耗特性可能恶化;降低器件开关频率和提高电压调制比均可降低损耗;当器件开关频率低于某特定值(本算例为500 Hz)后,器件的通态损耗成为主导分量。     

一种大容量变流器

为了提高高压大容量变流器的输出精度和可靠性,提出了一种采用不同类型器件组合的变流器新方案,即主电路每个桥臂上侧采用m只低速开关的大功率电力电子器件IGCT(ETO)串联,下侧采用n只高速开关的大功率电力电子器件IEGT(IGBT)并联。该结构除了增大变流器单元容量外,上侧串联的IGCT(ETO)可防止全部由IEGTI、GBT并联产生的直流源短路,且即使其中一个器件损坏,变流器仍能正常运行,便于事故报警后及时更换所坏器件,防止事故扩散,故可靠性高;同时,脉宽调制(PWM)控制采用分时处理技术,定量分析了采用分时处理技术对器件发热量以及载波信号极限频率的影响。最后,给出了由不同类型器件组成的二电平变流器的实用电路,并对实现该方案的不同类型器件的参数匹配进行了探讨,为今后设计、使用此类变流器提供参考。     

用于VSC-HVDC系统的模块化直串式直流耗能装置

柔性直流输电(VSC-HVDC)因其所具备的长距离输电损耗低而易于实现故障隔离与穿越、独立控制有功与无功等优势,使得其在海上风电并网领域具备极大的应用前景.为了实现海上风电VSC-HVDC系统的故障穿越,在对比分析现有耗能装置方案的基础上,提出一种经济型模块化直串式直流耗能装置拓扑.该拓扑结合了集中式耗能电阻户外散热和分布式模块自取能、软开关控制的优势,解决了拓扑中功率器件异步通断造成的子模块电压持续攀升的可控放电难题.详述了所提拓扑的详细工作状态与控制策略,并通过模块样机实验及等效最小系统实验验证了所提拓扑的可行性与子模块可控放电控制逻辑.通过RTDS实验验证了模块化直串式直流耗能装置能够实现系统的平滑故障穿越.     

基于半桥子模块的直流卸荷装置

海上风电柔性直流(柔直)送出系统所接入的陆上交流电网发生故障后,风电场持续输出的盈余功率会造成直流过电压。解决盈余功率最有效的手段是采用卸荷装置对盈余功率进行泄放。文中针对功率器件直接串联的集中式直流卸荷装置投退功率冲击大、器件同时开断难以及分布式直流卸荷装置成本高的问题,提出基于半桥子模块的集中式直流卸荷装置方案,并研究所提拓扑的参数设计方法与控制策略。该方案可以克服大规模功率器件直接串联的技术困难和风险,还可以通过子模块逐步投切降低电阻电压变化率,从而降低功率泄放对直流系统的冲击以及卸荷电阻的制造难度。与分布式直流卸荷装置相比,文中方案仅采用集中式电阻而省去了子模块中的泄放支路,大幅降低设备成本。在PSCAD平台进行海上风电柔直送出系统故障穿越仿真,结果表明所提集中式直流卸荷装置拓扑及控制方案具有良好的性能。     

应用于X射线测厚技术的高压直流电源的研制

随着开关电源向大功率、高频化方向发展,功率管的开关损耗、噪声也随之相应的增加,这就要求对开关电源传统的电路拓扑结构进行改进。为了减小开关器件的开关损耗,提高开关频率,减小开关电源的体积、质量,从而提高效率,介绍了一种新型移相控制零电压开关PWM变换器,实现软开关,并研制出一台基于移相控制技术和双向倍压整流技术用于X射线测厚仪的高压直流电源样机。经测试该样机输出80 kV/350 W,可以实现开关频率高,开关损耗和电磁干扰小,电源效率高等要求。     

一种新型双频控制大功率逆变器的仿真研究

该文介绍了一种新型双频控制高压大功率逆变器,其拓扑由一个可以采用GTO等低频开关器件的大功率逆变器单元(主逆变器)和一个可以采用IGBT等高频开关器件的小功率逆变器单元(辅逆变器)级联组合而成.主逆变器单元采用定脉宽控制方式,主要用于输出功率以提高整个逆变器的功率等级;而辅逆变器单元采用多电平PWM控制技术,主要用于提...     

MMC型VSC-HVDC系统电容电压的优化平衡控制

介绍模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)电容电压平衡的原理以及子模块(sub-module,SM)电容的充放电过程.指出传统的电容电压平衡控制下,子模块投切较频繁,器件开关频率较高,会造成较大的开关损耗.针对传统方法的问题,提出一种适合MMC型直流输电系统的电容电压优化平衡控制策略,将平衡控制的重点放在电容电压越限的子模块上.对电容电压未越限的子模块,优化策略通过引入保持因子使具有一定的保持原来投切状态的能力,以降低开关器件的开关频率.使用PSCAD/EMTDC对优化控制策略进行仿真,结果表明优化平衡控制策略与传统方法相比,可以在基本不增加电容电压波动的前提下,显著降低器件的开关频率.     

一种新型直流环节并联谐振软开关逆变器

电力电子装置开关频率的提高带来了开关损耗与器件损坏问题、感性关断和电磁干扰等一系列新问题。有效克服这些缺陷的方法是采用谐振软开关技术，然而，传统的直流环节谐振型逆变器存在两个明显的缺点：开关器件的电压应力大；电压过零点与逆变器开关策略难以同步，使逆变器输出有大量次谐波。该文提出一种新型的直流环节并联谐振软开关技术，重点分析了此种软开关逆变器的拓扑结构、工作原理和特点，并通过实验验证了其原理和可行性。     

DSP+CPLD实现CPS-SPWM下的单相多电平脉冲

载波相移调制SPWM(CPS-SPWM)技术是多重化和正弦波脉宽调制(SPWM)技术的有机结合。针对在CPS-SPWM调制下,单片DSP计数器和PWM输出口的局限,设计了一种DSP+CPLD的系统,实现了单相7电平和9电平脉冲输出。实验表明:用DSP+CPLD构成的系统突破了目前单片MCU的限制,使得CPS-SPWM技术在大功率装置上应用更加灵活、实用。     

高结温无延迟的VSC-HVDC阀合成试验方法

为了实现对电压源换流器型高压直流输电(VSC-HVDC)换流阀稳态应力和直流双极短路暂态应力的综合考核,提出了一种高结温无延迟的VSC-HVDC阀合成试验方法及其电路拓扑。无延迟的特点保证了注入带直流偏置的短路大电流时换流阀开关器件处于最高稳态结温状态,同时该方法有效地降低了换流阀的试验成本及电源需求。首先,分析了VSC-HVDC换流阀稳态运行和直流双极短路故障时的电应力。其次,结合应力等效机理,提出了高结温无延迟的VSCHVDC合成试验方法,并阐述了其运行机理。最后,通过搭建仿真模型和试验平台进行了验证,结果证明了提出的合成试验方法及其电路拓扑的可行性和有效性。