新能源直流微网的控制架构与层次划分

以新能源直流微网为研究对象,融合集中控制和分散控制特点,提出一种直流微网层次控制架构。根据直流微网的物理特性,将控制框架划分为变流器控制层、母线控制层和调度管理层。在变流器控制层,将各类变流器统一为终端控制型和母线控制型;在母线控制层,根据母线电压划分3种运行模式,以实现系统中各单元的自适应模式切换;在调度管理层,中央控制单元通过自上而下的决策仲裁机制,实现系统的整体优化。位于底层的变流器控制层通过分散自治控制保证系统的可靠性;处于顶部的调度管理层通过集中控制提升系统的灵活性;处于中间的母线电压控制层作为重要衔接,实现系统的能量流动和信息交互。最后,通过理论分析和实验测试,验证了所述控制策略的有效性。     

气液相等离子体放电水处理反应器及苯酚降解分析

气液相等离子体放电技术在有机废水处理方面具备了特定的优势。为此,提出了一种双水电极气液相低温等离子体水处理反应器结构,对其放电机理及特性进行了分析。并在此基础上设计了一台输出电压峰值4.8kV、输出电流峰值100 mA的高压电源样机,利用双水电极放电反应器对苯酚溶液进行处理。在一定的实验条件下,苯酚溶液的化学需氧量(COD)去除率达到65%。实验结果表明:双水电极等离子体放电污水处理系统能快速去除有机废水中COD。     

配电网电力电子装备的互联与网络化技术

电力电子技术在电力系统中有着极为广泛的应用。近年来,电力电子技术在配电系统中获得迅猛发展,其主要功能从传统的电能质量调节、可再生能源接入和用户侧的节能用电等,扩展到配电网的电能双向、甚至多向流动控制以及复杂的电能调控管理。因此,电力电子装备传统的独立工作模式已经无法满足越来越复杂的配电网的需要,亟需将相互独立的电力电子设备互联起来以实现整体协调和控制,从而真正做到能量和信息集成的一体化网络。这种发展趋势既给电力电子技术本身带来新的挑战,又为配电网带来新的变革,并促进直流配电网的发展。该文综述了配电网中电力电子设备网络化的重要性及其概念,讨论了电力电子装备的发展方向,并从功率和通信两个层面探讨了电力电子网络化所需的关键技术。同时,介绍了基于电力电子变换器的直流配电网的特点、可能的组成架构以及相关的技术问题。     

模块化光伏并网逆变器的线性功率控制

基于CAN总线模块化光伏发电系统的传统控制方案中,控制性能受到CAN总线传输速度的影响,动态特性较差。本文根据光伏组件与逆变器的功率特性曲线,分析了系统动态特性与光照变化时母线电压波动之间的内在关系,并提出了线性功率控制方法,有效地缩短了系统的响应时间,从而很好地抑制了光照变化导致的母线电压波动,提高了并网电流的品质和系统的可靠性。论文详细分析了线性功率控制中线性斜率对系统控制性能的影响,给出了控制方法的实现方式和设计流程,并搭建了实验原理样机进行系统动态测试。实验结果与理论分析一致,充分验证了控制方法的有效性。     

SiC MOSFET短路失效与退化机理研究综述及展望

SiC MOSFET可以大幅提升变流器的效率和功率密度,在高频、高温、高压等领域有较好的应用前景。但是,由于其短路耐受时间短、特性退化现象严重以及失效机理模糊等因素,致使SiC MOSFET的普及应用受到了限制。因此,探究SiC MOSFET短路失效与特性退化的机理,可以为SiC MOSFET器件的应用及其保护电路的设计提供指导,具有重要的研究价值。该文首先归纳SiC MOSFET的短路故障类型,并针对其中一种典型的短路故障进行详细的特性分析。在此基础上,论述SiC MOSFET单次短路故障后存在的两种典型失效模式,综述其在两种失效模式下的失效机理以及影响因素。其次,对SiC MOSFET经历重复短路应力后器件特性退化机理的研究现状进行系统的总结。最后指出当前SiC MOSFET短路失效与特性退化的研究难点,展望SiC MOSFET短路特性研究的发展趋势。     

具有直流故障穿越能力的模块化多电平换流拓扑推演与对比

直流故障具有影响范围广、故障电流大的特征,已成为制约直流系统发展的重要因素之一。模块化多电平换流器可通过配置双极性子模块实现直流故障穿越,但相比于基于半桥子模块的拓扑,其建造成本与运行损耗均大幅增加。为寻求兼顾硬件成本、运行效率与直流故障穿越能力的模块化多电平换流拓扑,首先通过拓扑抽象定义与模块配置约束,遍历并推导出4大类共13种模块化多电平换流拓扑;进而优选出T型桥臂交替多电平换流器,并提出桥臂移相导通调制,实现其高效功率变换与直流故障穿越的兼顾;最后,计及硬件成本、运行损耗、可靠性与可实现性等维度,对各类具有直流故障穿越能力的拓扑进行了系统性对比,为具有故障穿越能力需求的交直流变换场景提供模块化多电平换流拓扑的选择依据。     

单向有源桥(SAB)DC-DC变换器典型拓扑研究

本文对单向有源桥(SAB)DC-DC变换器典型拓扑进行了详细的介绍,并对其在连续导通模式(CCM)和非连续导通模式(DCM)下的工作特性进行了分析。在此基础上提出了一种基于PI控制器的输出电压控制方法,相关分析和结论最后通过仿真的手段得到验证。     

实现全功率范围能量压缩的电流源谐振型等离子体驱动源

针对大气压介质阻挡放电材料表面处理应用,提出一种电流源谐振型等离子体驱动源。通过构建并-串联结构的谐振网络,在全功率范围内实现单周期能量传输时间的压缩,从而提高各个功率下的表面处理效果,并推导出一种判断能量压缩状态在全功率范围内稳定性的方法。然后,通过在逆变器上增加旁路辅助电容,建立电流旁路通路,从而实现开关管的零电压开关,保证了电源高效运行,并推导出辅助电容的选取原则。最后,搭建了一台350W电流源谐振型电源样机,实验结果验证了理论分析的正确性,表明电流源并-串联谐振型等离子体驱动源是一种适合于表面处理应用的有效方案。     

1.2MV·A混合钳位五电平变流模块的结构布局优化和叠层母排设计

多电平技术是高压大功率变流器的主要解决方案之一,由于电容电压平衡及母排设计等技术问题的限制,三电平以上的二极管钳位型NPC多电平系统在工业中应用较少。为了促进具有电容电压自平衡能力的混合钳位五电平拓扑的大功率工业应用,针对混合钳位五电平电路三相1.2MV·A应用要求,进行了单相变流模块的结构布局和叠层母排设计。首先研究了该拓扑冲击电流产生的根本原因及抑制方法,提出冲击电流抑制对于结构布局的要求;其次,结合冲击电流抑制及NPC四电平电路对称性特点,对混合钳位五电平拓扑大功率应用的结构布局方式进行了工程设计;最后,在该布局方式下结合NPC四电平拓扑的换流特点,通过Ansoft Q3D软件进行了叠层母排的连接设计。最终研制出单相400k W变流模块,测试结果表明其符合设计要求。     

基于傅里叶级数解析热扩散角的功率模块热阻抗物理模型

绝缘栅双极型晶体管功率模块失效主要由温度因素诱发。为提高功率模块可靠性,RC热阻抗模型被提出用于实时预测芯片结温。随着功率密度的提高,模块横向扩散愈发明显,多芯片热耦合效应愈加突出,导致传统RC模型会引入较大误差。文中针对RC模型精准度不足进行改进,揭示热扩散角取决于热流密度的物理内涵,结合多层封装结构下的傅里叶级数解析热流模型,建立一维RC热网络与三维热流物理场的本质联系,构造计及多芯片热路耦合的扩散角热网络,较为准确地描述多芯片结温动态特性,揭示热扩散与热耦合效应对芯片温度场形成的规律。与其他传统热扩散角模型相比,所提出方法的结温计算结果准确度最高。最后以型号SEMi X603GB12E4p模块为例,针对提出的物理模型进行验证,仿真与实验结果均表明,该模型能够表征不同工况条件下功率模块的热过程,验证了所提建模方法的有效性与准确性,误差小于4%,且验证了所提模型较不计及热耦合模型精度提高了16.72%。