三相级联H桥型电力电子变压器电容值设计方法

针对三相级联H桥型电力电子变压器(PET),分析了输入侧瞬时功率波动特性,建立了其直流侧电容电压及中间级高频变压器原、副边电流的时域解析模型,并基于该模型提出一种PET电容值设计方法。基于MATLAB/Simulink仿真平台搭建三相级联H桥型PET仿真模型,并在功率模块测试平台进行实验验证。仿真及实验结果表明该解析模型可以准确地描述电容电压及变压器高频电流的波动特性,进而为主电路参数设计与控制系统设计提供研究基础。     

面向高压直流输电的电流源型主动换相换流器研究综述

采用自关断功率半导体器件的电流源型主动换相换流器(actively commutated converter,ACC)具有有功与无功功率可解耦、不存在换相失败、无需大量储能电容等特点,在高压直流输电领域具有较好的应用前景。该文针对适用于高压直流输电(high voltage direct current,HVDC)的ACC功率半导体器件及其均压方法、电路拓扑、调制方法、功率特性、控制策略、故障及保护方法等进行调研和分析。结合具体实例,将ACC与现有HVDC的2种换流器,即电网换相换流器(line commutated converter,LCC)和模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)进行对比分析。同时,对ACC的潜在应用、存在的问题以及发展的方向进行总结和归纳。     

基于PWM-CSC的混合直流输电系统电网故障穿越策略

研究了一种整流侧采用传统电网换相换流器(LCC)、逆变侧采用脉宽调制型电流源换流器(PWM-CSC)的混合直流输电系统。为了降低开关频率和提高系统故障响应性能,提出了电网正常运行时采用特定谐波消除法(SHE)调制和电网故障时切换为正弦脉宽调制(SPWM)的调制策略。分析了电网故障情况下逆变侧PWM-CSC在αβ两相静止坐标系下的数学模型,提出了一种基于比例谐振控制器的控制策略并对控制器参数进行了设计,实现了负序电网电流的抑制和单位功率因数运行。此外,给出了电网故障情况下系统传输的最大有功功率的计算方法。在PSCAD/EMTDC中搭建了400 kV/1 250 MW的单极混合直流输电系统仿真模型。仿真结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

一种混合模块型直流变压器冗余设计及控制策略

针对移相-谐振双有源桥(PS-SRDAB)混合型直流变压器(DCT),该文提出一种热备用冗余设计及其控制策略。为提高该类DCT内部谐振双有源桥(SRDAB)单元运行可靠性,将所备用的移相双有源桥(PSDAB)与其并联连接。在正常运行时,SRDAB与备用PSDAB单元同时工作,并通过控制高压侧电容电压实现两类模块内部传输能量配比。若SRDAB出现如过电流、过电压、过温等故障,对其进行闭锁后热备用PSDAB将承担模块全部功率。该文分析采用冗余设计时混合模块化直流变压器(HMDCT)的工作原理及运行特性,建立系统动态小信号模型,同时研究在采用传统电压闭环控制策略时的运行稳定性。利用所搭建的实验原理样机验证了所提出的冗余设计及控制策略的有效性。     

中压配电网用10kVac-750Vdc/1MVA电力电子变压器功率密度影响因素研究

对面向10k V配电网的电力电子变压器(PET/SST)来说,其主要功能是在完成高低压侧电气隔离的前提下实现对电能/电功率的双向流动控制。为了提高功率密度,目前10k V配电网用PET/SST主要通过高频电力电子变换器+高频变压器的方案实现。本文结合研制的10k Vac-750Vdc/1MVA电力电子变压器样机实测数据,详细分析了影响中压配电网PET/SST功率密度的多种因素,指出了影响PET/SST功率密度提高的关键瓶颈问题——功率模块数量多是限制PET/SST功率密度提高的主要因素。而通过提高高频变压器工作频率的方法难以显著提高10k V配电网用PET/SST的功率密度。     

一种高频链模块化电力电子变压器

电力电子变压器(PET)包含多级电能变换环节和大量元器件,制约了其效率、功率密度和可靠性的提升。基于模块化多电平矩阵变换器(M3C)的应用,本文提出一种高频链模块化PET电路拓扑。采用矩阵变换的方式可减少电能变换环节,并且所提拓扑可减少高频变压器与子模块的数量,具有体积和重量优势。针对该PET,分析了其工作特性与控制策略设计方法。仿真试验结果表明了所提拓扑及控制方法的可行性。     

采用数字控制的400 Hz大功率逆变电源

详细分析数字控制对400 Hz大功率逆变电源特性尤其是计算延时对电感电流反馈环或电容电流反馈环带宽的影响。分析表明数字控制使得电流反馈环带宽大大减小，逆变电源无法抑制由于死区时间以及非线性负载等非线性因素产生的低次谐波，降低了电源的性能。分析其它采用电压、电流双闭环数字控制的400 Hz逆变电源必须采用幅值环作为外环控制的原因，并指出其存在的缺点。为了获得高性能的控制效果，提出一种基于谐振控制器的新型的单电压环控制策略，并分析现有文献中谐振控制器的不同离散化方法之间的关系，进而提出谐振控制器数字化实现的一种更为直接的方法。所提出的数字化控制方法简单易行，可以实现特定谐波的完全消除，即便在定点数字信号处理器(digital signal processor，DSP)上也能很好地实现。在16位定点DSP控制的三相90 kVA组合式400 Hz逆变电源上的线性负载以及非线性负载实验表明，该方法正确可行，性能优良。     

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。     

三相角型APF补偿电流参考值计算方法

在角型有源滤波器(active power filter,APF)补偿电流参考值提取过程中,对谐波补偿电流提取的动态响应和精度要求高,基频补偿电流需要与网侧线电压正交。针对这2个问题,以无功补偿导纳网络理论为基础,推导角型APF的基频补偿电流参考值与三相负荷电流的变换关系。在此基础之上,提出了补偿电流参考值的计算方法。该方法利用广义瞬时无功理论,并结合滤波器的运用,从三相电流中提取补偿电流参考值。仿真和试验结果验证了所提方法的有效性。     

电力电子变压器技术研究综述

随着智能电网、能源互联网等未来电网技术的快速发展,能实现变压、电气隔离、功率调节与控制、可再生能源接入等多种功能的电力电子变压器(也称为固态变压器、智能变压器等),相关理论和技术的研究得到了越来越广泛的关注。但是,从总体而言,PET的大规模推广应用还有诸多问题需要解决。该文在分析PET发展历史的基础上,对PET涉及的关键技术,尤其是PET的电路拓扑、控制保护技术、高频变压器优化设计技术、功率电路紧凑化设计技术、高压宽禁带半导体在PET中的应用等进行了梳理和总结。最后对PET发展存在的关键制约因素以及发展的趋势进行了总结和展望。