中低压直流配电系统的分散式统一控制策略

中低压直流配电系统由中压直流母线、低压直流母线、直流变压器等组成,具有多电压等级、多直流母线、多变换器的特点,系统的运行方式与协调控制策略更加复杂。文中以中低压直流配电系统为研究对象,提出了一种基于直流母线电压信号的分散式统一控制策略。直流母线上的光伏发电单元、储能单元、燃料电池单元均采用分散式控制策略,根据直流母线电压调整各自的工作模式。直流变压器采用统一控制策略,集功率控制、中压与低压直流母线电压调节功能于一身,直流变压器根据中压与低压直流母线电压偏差的标幺值,自动调节传输功率的大小与方向,从而实现系统的全局功率均衡。最后,在MATLAB/Simulink中搭建了中低压直流配电系统的仿真模型,并对多种运行状态和场景进行了仿真分析,验证了所提控制策略的有效性。     

基于多目标遗传算法的大功率高频变压器优化设计

随着大功率高频变压器容量的增加和工作频率的提高,变压器设计需要综合考虑变压器效率、寄生参数、绝缘和散热等问题。讨论了高频变压器损耗和寄生参数的相关计算,基于有约束的多目标遗传优化算法,提出一种在高频变压器设计中兼顾变压器绝缘、损耗和漏感大小等约束条件和优化目标的绕组结构优化设计方法,通过非支配排序遗传算法Ⅱ(non-dominated sorting genetic algorithm Ⅱ,NSGA-Ⅱ)进行优化设计。根据此优化方法设计一台220V/3.52kV,功率为3.52kW、工作频率为20kHz的高频变压器样机,实验验证变压器损耗和漏感计算结果的正确性和优化方法的有效性。     

基于混频调制的新型电力电子变压器

现有的电力电子变压器的能级变换级数较多,导致效率不高、体积庞大、成本高,制约了其在实际中的应用。首先,基于混频调制技术,提出了两种新型的基于级联H桥变流器结构的电力电子变压器拓扑,以减少变换级数并实现多端口输入/输出,有利于提升功率密度。然后,详细分析了该电力电子变压器的设计方法与控制策略,利用Simulink验证了所提电力电子变压器拓扑及控制策略的可行性,并与传统电力电子变压器拓扑进行了对比分析。     

组合电容型混合高压直流断路器的研究

为解决目前大多数混合式直流断路器的成本高、故障电流抑制效果差等缺陷,提出了一种组合电容型混合高压直流断路器。该断路器主要采用预充电电容构成站端部分和线路部分,其中站端部分安装于直流电网的换流站直流出口侧,线路部分安装于每条直流出线上。通过两部分预充电电压给载流支路提供无弧分断条件,同时有效抑制故障电流。在详细描述了所提方案的拓扑结构、工作原理、控制策略以及与现有方案对比后,通过在PLECS中搭建三端环网模型对其进行了验证。结果表明:该方案可实现故障线路的可靠切除,同时预充电电容的存在避免了母线电压崩溃,保证非故障线路的正常运行。特别地,在未来日益复杂的多端直流电网中,站端部分的公用将大幅降低电网的断路器设备成本,具有较好的经济技术特性。     

基于模块化多电平换流器的多端口谐振型电力电子变压器

适用于直流配电网的电力电子变压器(PET)需要中压直流端口,而现有基于模块化多电平换流器(MMC)结构的PET拓扑可同时提供中压交流、中压直流、低压直流和低压交流端口,但这类PET需要四级电能变换,使得电路结构复杂,体积和重量较大。文中提出了一种适用于直流配电网的多端口MMC谐振型PET拓扑。该拓扑采用混频调制策略,同时在MMC桥臂支路中并联一组LC谐振支路、中频变压器和全桥电路实现中压直流和低压直流端口的功率解耦输出。该PET拓扑仅使用三级电能变换即可提供所需的多端口特性,具有电路结构简单、体积重量较小等优势。针对该PET拓扑,提供了等效电路分析、控制策略和参数设计方法。最后,通过仿真和实验结果验证了该PET拓扑的可行性。     

具有直流故障阻断能力的电流主动转移型MMC

具有直流故障阻断能力的模块化多电平换流器(MMC)是柔性直流输配电技术的重要支撑设备。针对传统半桥型MMC无法阻断直流短路故障的问题,通过结合现有的故障阻断方案,提出了具有直流故障阻断能力的电流主动转移型MMC。该拓扑增加了断流支路、桥臂阻断支路以及能量吸收支路。直流故障发生后,通过断开断流支路,一方面主动转移故障电流,另一方面实现桥臂电流的换向,进而利用半桥子模块吸收MMC内部故障能量。同时,能量吸收支路中的全桥子模块在闭锁过程中也投入电容以吸收线路侧的故障能量,从而实现了短路故障的快速阻断。文中通过建立电流主动转移型MMC拓扑,详尽分析了故障阻断机理,并在MATLAB/Simulink中搭建了单端100 kV/25电平仿真模型,验证了该拓扑的可行性与有效性。     

MOSFET非线性寄生电容对单管谐振正激变换器的影响及其处理

高效的正激变换器常利用高频谐振实现磁复位及软开关。高频下,MOSFET非线性寄生电容对谐振的影响更加明显,不仅导致谐振点偏移,软开关失效,更可能令磁芯无法正常谐振复位。为计算在非线性寄生电容影响下的谐振参数,利用Simplis搭建仿真模型,并推导基本数学表达式;利用分段线性法计算谐振过程中电容充放电时间,并根据能量守恒建立谐振参数取值的约束方程组。计算所得的谐振参数可在不降低频率和占空比的条件下克服MOSFET非线性电容的影响,当激磁电感取其上限值时,磁损最小,此时可得最高效率。     

共用模块的柔性多状态开关新型调制方法

柔性多状态开关作为取代传统机械开关的新型电力电子设备,具有响应速度快、潮流可控等优势。针对新型具有共用模块的级联型H桥变换器柔性多状态开关拓扑,简化其结构的同时节省部分模块,但是传统控制方法不再适用,因此文中提出新的适用于共用模块的类方波调制方法。首先根据具体工况计算出共用模块的调制波,然后协调计算得出非共用模块的调制波,实现对新型拓扑所有模块的调制。类方波调制在方波调制的基础上加入零电平时间,减小过零点时共用模块电压瞬时变化值,同时可以通过协调零电平时间与相位关系,使调制波的相位可变,避免非共用模块过调制。文中搭建共用模块柔性多状态开关拓扑的三相实验平台,验证了类方波调制策略的正确性和有效性。     

基于GaN器件的直流配电网用户侧DC/DC变换器设计

隔离型DC/DC变换器连接低压直流配电网和用户侧直流负荷,在低压直流配电系统中起着重要作用, 对其效率和功率密度提出更高的要求。本文采用具有原边开关管零电压开通和副边整流管零电流关断特性的LLC谐振变换器,首先分析变换器的工作原理,对其谐振参数进行选择。使用具有更低的导通电阻和等效输出电容的氮化镓器件作为原边开关管,进一步提高变换器工作频率和效率,降低磁性元件体积。在此基础上,对GaN器件驱动、同步整流和磁性元件进行优化和设计。最后搭建了一台375V/48V/500W的LLC谐振变换器样机,最高效率为97.6%,验证了设计的正确性。     

基于混频调制的电力电子变压器设计方法及实验验证

现有的电力电子变压器中电能变换级数较多,导致其效率低、成本高,限制了其应用。基于混频调制策略的三级型电力电子变压器可减少电能变换级数,并可通过合适的控制策略实现双向功率变换和多端口输出。文中对基于混频调制的三级型电力电子变压器的工作原理、控制策略、设计方法及实验验证进行了详细的分析研究,提出了一种单相结构的三级型电力电子变压器,同时引入一个额外的全桥补偿子模块以消除该电路在交流电网中产生的中频谐波电流。最后,搭建交流电压为150 V、直流电压为100 V、功率为1 kW 的样机平台,进一步验证了所提单相三级型电力电子变压器方案的可行性。