谐振式模块化高增益升压型直流变换器北大核心CSCD

高压直流变换器是实现不同电压等级的直流电网线路之间互联的关键设备之一。然而传统高压直流变换器多存在增益低、装置体积和重量大等不足。提出了一种谐振式模块化高增益升压型直流变换器(resonant modular high-gain step-up DC/DC converter,RMHGDC)拓扑,利用子模块电容与桥臂电感构成串联谐振回路,采用子模块级联结构获得更高的电压增益。在分析RMHGDC工作原理及关键参量数学关系的基础上,提出了一种高增益控制技术,实验结果验证了本文理论分析及控制的可行性和有效性。     

谐振式模块化直流变换器的高增益控制

随着新能源发电并网系统发展和各类新兴直流负载出现,直流配电网得到快速发展,高增益直流变换器成为不同电压等级互联的关键设备。提出了一种基于子模块级联结构的谐振式模块化直流变换器RMDC(resonant modular DC converter)拓扑,并利用子模块电容与桥臂电感构成串联谐振回路实现能量传递,同时级联结构易于获得较高的电压增益。首先分析了RMDC工作原理及关键参数和电压增益之间的数学关系;在此基础上,提出一种高增益控制方法;最后通过仿真和实验结果验证了理论分析和高增益控制方法的有效性和正确性。     

基于准Z源网络的高增益模块化多电平谐振直流升压变换器EI北大核心CSCD

针对目前模块化多电平直流变换器(modular multilevel DC-DC converter,MMDC)在工程应用中轻型化、高增益等需求,该文提出一种适用于中小功率新能源接入场合和柔性直流输电系统的单向非隔离型高增益谐振MMDC拓扑及其调制与控制策略。其子模块电容和桥臂电感发生串联谐振,工作在谐振状态。所提变换器特点在于:1)由准Z源网络、上桥臂和下桥臂三部分组成,正常运行时,上、下桥臂投入子模块数恒定,以保证高压直流侧输出电压的稳定;2)结合提出的子模块交替投切调制策略,可实现子模块电容电压自均衡;3)变换器下桥臂大功率子模块可实现软开关运行,具有较小的开关损耗及电磁干扰。详细分析所提变换器的拓扑结构、工作模态、功率流动、控制和参数设计,仿真和实验结果验证所提变换器拓扑和控制算法的有效性。     

集成直流断路器功能的高压大容量DC/DC变换器

高压大容量DC/DC变换器是直流电网中电压变换的关键设备。提出一种集成直流断路器功能的高压大容量DC/DC变换器,利用变换器自身控制实现直流侧短路故障阻断功能,具有轻量化、低成本、高效率的优势。首先,分析该变换器的拓扑结构、工作原理,推导子模块、晶闸管、二极管等器件的参数设计依据;然后,提出闭锁子模块和晶闸管阻断故障电流的机制,设计适应于该变换器的控制方案;其次,分别针对正常工况与故障工况进行了仿真与实验验证,结果表明该变换器拓扑结构及控制策略的有效性;最后,通过与其他典型的集成直流断路器功能的DC/DC拓扑进行对比分析,评估所提变换器的技术经济性。     

基于能量平衡的模块化多电平变换器调制方法

基于模块化多电平变换器（modular multilevel converter, MMC）的DC/DC变换器因其模块化结构,容易实现低中高压之间的电压转换而广泛应用于直流配电网。该文研究了一种基于模块化多电平变换器的电隔离双向DC/DC变换器,根据DAB变换器的典型两电平电压波形,提出了一种基于能量平衡的模块化多电平变换器调制方法,可以在离散水平上产生适应的电压增益,并对MMC桥臂子模块电压平衡关系和能量平衡关系进行了理论分析,最后通过仿真方法验证了所提出的基于能量平衡的模块化多电平变换器调制方法的性能要优于经典能量平衡策略。     

混合型LLC与DAB直流变换器及其滞环控制策略

提出一种基于LLC谐振型变换器与双有源桥(DAB)直流变换器混合运行的大功率DC/DC模块。该模块利用LLC谐振变换器恒压调节的特性箝位模块两端电压,并利用DAB直流变换器的大功率能力承担大部分功率变换任务。在克服LLC型谐振变换装置功率变换能力受到谐振电容电流能力限制的同时,极大地简化了模块整体的控制策略复杂程度。同时,为该变换器模块设计了一种简单有效的闭环控制策略,该控制策略与所提出的结构相配合,能够保证在增减负荷时变换器模块能够快速恢复至稳定状态。最后,搭建了混合型高频隔离DC/DC变换器模块实验样机,验证了所提出结构和控制策略的有效性和正确性。     

应用于微逆变器的高增益DC/DC变换器设计

在光伏发电微逆变器模块中,针对传统高增益DC/DC变换器体积较大、功率器件电压应力高、电压增益仍然有限的不足,提出了一种新型的非隔离型高增益DC/DC变换器,有效克服了上述缺点。文中讨论了该变换器在连续与断续工作模式下的工作模态,分析了其稳态工作原理,并给出了其电压增益及外特性曲线。与一些常见的高增益DC/DC变换器在电压增益、电压应力和电感电流等方面进行了对比,最后根据所提出的变换器,设计并制作了一台200W原理样机,实验结果证实了理论分析的正确性。     

宽输入高增益隔离升压型DC/DC变换器

隔离升压型DC/DC变换器是一类可以将低压直流母线变换成高压直流母线并实现电气隔离的变换器的统称。该技术在新能源发电领域如燃料电池发电系统以及微逆变器系统中应用广泛,其研究热点是宽输入适应性、高增益和高效率功率变换。LLC谐振变换器很好地符合这些要求。为此,研究了基于全桥LLC谐振变换器的高增益隔离升压型DC/DC变换器,提出了单级式和两级式两种方案,单级式方案为输出稳压LLC谐振变换器,而两级式方案为Boost变换器级联输出不稳压LLC谐振变换器。分别提出了LLC谐振变换器在单级式和两级式方案中的基于最佳励磁电感的谐振腔参数设计方法,并且分别通过样机实验验证了所提出的设计方法的有效性。     

高增益高效率非隔离型谐振开关电容变换器

非隔离型直流变换器具有功率密度高、效率高、成本低等特点,在高压电场供电、静电除尘等场合具有应用需求。然而,现有的非隔离变换器仍面临可扩展性有限、电压增益不足等难题。对此,此处提出了一种高增益高效率非隔离型谐振开关电容变换器(ReSC),利用微亨级谐振电感和硅快速恢复二极管(Si-FRDs)构建模块化升压模块,实现高增益输出。结合所提变换器拓扑,详细分析了其工作原理;考虑功率器件寄生参数,建立了变换器等效模型并对开关过程进行了详细分析,推导了变换器软开关运行条件,分析了采用辅助电感的零电压开通过程。最后搭建了3 kW/10 kV输出、13级谐振开关电容变换器实验样机验证了所提变换器的有效性。     

基于三端口双向DC/DC变换器的高增益组合式交直流变换器

储能系统是保证新能源供电系统、微网及大电网安全、稳定、可靠运行的关键。为了应对储能电池电压低对双向交直流变换器电压增益和效率等带来的挑战,提出了一种基于高增益比三端口双向DC/DC变换器的组合式双向交直流变换器。基于交流侧电压周期性波动的特点,利用三端口双向DC/DC变换器同时提供高压母线端口和低压母线端口,使得部分功率仅需经过低电压增益直流变换环节处理,为高增益高效率双向交直流变换提供了有利条件。详细分析了双向组合式交直流变换器的系统架构和工作原理,给出了前后级变换器的调制和控制策略,并分析了组合式交直流变换器的功率传输特性。最后,通过实验结果验证了理论分析的正确性和所提方法的有效性。     

非隔离型模块化多电平DC/DC变换器的最小化桥臂环流控制

用于中高压直流电压转换和直流电网互联的高压大功率直流变压器一般采用中间交流变压器,存在损耗高和体积大等不足。对一种非隔离型的模块化多电平DC/DC变换器进行了研究,与普通双有源桥式DC/DC变换器相比,避免了交流变压器的存在。首先分析了此变换器的工作原理,建立了变换器的等效数学模型。考虑子模块电容电压存在特殊的不平衡,变换器需要引入交流循环电流,提出了一种保证桥臂功率均衡的最小化桥臂环流的控制策略,减小了桥臂电流的交流分量,降低了变换器的损耗。在Matlab/Simulink中仿真验证了变换器的性能和最小环流控制策略的有效性。最后搭建实验平台进行了实验验证。     

采用混合子模块的四端口模块化多电平DC/DC变换器

随着电网中可再生能源的大规模接入以及高压直流输电技术的发展,高压大容量DC/DC变换器成为不同电压等级直流电网互联的关键。为解决多端高压直流电网互联的问题,本文以四端直流电网互联为例,研究了四端口模块化多电平DC/DC变换器。针对常规半桥子模块不能实现直流侧短路故障阻断的问题,本文提出交叉连接双半桥子模块与三电平双半桥子模块混合的模块化多电平DC-DC变换器方案,该方案能有效阻断直流故障,且具有较好的经济性。进一步地,给出了采用混合子模块方案的简化模型,用于子模块数量众多时变换器在正常工况以及故障工况下的仿真。最后,通过Matlab/Simulink对所提出的混合子模块四端口模块化多电平DC/DC变换器进行了仿真验证,证实了所提方案的可行性以及简化模型的正确性。     

基于电压四倍频整流器的全桥LLC研究

LLC谐振变换器是一种软开关频率调制DC/DC拓扑,其开关频率接近共振频率.LLC谐振变换器具有较低的开关损耗和较低的电磁干扰,但常用的LLC谐振变换器的增益小,而光伏发电系统的DC/DC变换器需要产生较高的增益,因此需要在传统LLC拓扑基础上进行改进.这里提出了一种基于电压四倍频整流器的LLC谐振变换器.电压四倍频整...     

一种L-R复合型桥式DC/DC变换器

提出了一种L-R复合型桥式DC/DC变换器。该变换器在传统半桥LLC谐振变换器的基础上,仅增加一组L桥臂,有高、低2种电压增益模式。在高电压增益模式,采用脉冲宽度调制,通过L桥臂对电感线性储能,获得了比传统LLC谐振变换器更高的电压增益,具有更宽的输出电压范围,且电压增益受励磁电感影响小,电路工作无回馈电流。在低电压增益模式,采用脉冲频率调制,电压增益特性与传统LLC谐振变换器接近,但有更小的回馈电流和循环电流。详细分析了所提拓扑2种电压增益模式的工作原理,推导出增益公式,并与传统拓扑进行对比。最后搭建了一台输入电压为220 V、输出电压为100~160 V的实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性。     

一种高效率高增益的谐振型直流功率变换器

提出一种高效率高增益的谐振型直流功率变换器。该电路利用耦合电感、开关电容电路及输出串联结构实现高电压增益。耦合电感中的漏感能量由输出端回收,利于提升效率,降低开关管的电压应力。同时借助漏感和开关电容谐振,次级二极管的零电流开关得以实现,从而减小反向恢复的影响。详细分析了高效率高增益谐振型直流功率变换器的工作原理,及连续导通模式下变换器的稳态性能,并借助一台35 V输入、200 V/0.75 A输出的实验样机验证了理论分析的正确性。     

电力电子变压器用混合三电平双向DC/DC功率模块设计

高压隔离双向DC/DC变换器模块是电力电子变压器电压隔离和变换中的主要环节。为提升模块高压侧直流工作电压,减少模块级联数量,降低功率变换部分的占地尺寸和控制复杂度,采用混合三电平拓扑设计电力电子变压器功率模块。分析混合三电平双向DC/DC变换器的工作原理,对电路中的主要参数进行设计,并基于SiC功率器件完成了样机的设计,最后对样机进行了试验验证。试验结果表明,混合三电平双向DC/DC变换器工作特性与传统全桥双向DC/DC变换器一致,效率最高达到98.7%。三电平双向DC/DC变换器以较低成本和控制复杂度,提高了子模块高压侧直流工作电压,使电力电子变压器系统功率模块数量减半,有效降低了电力电子变压器的尺寸。     

用于直流电网的大容量DC/DC变换器研究综述

发展高压直流电网是解决电能大容量远距离传输及大规模可再生能源汇集的有效手段,高压大容量DC/DC变换器是实现不同电压等级的直流电网线路之间互联的关键设备,也是制约直流电网推广的主要技术瓶颈之一。然而已发表的研究工作主要集中于DC/DC变换器在中低压小功率应用,其在高压大容量场合的应用研究较少。为此,首先分析了高压直流电网对大容量DC/DC变换器的技术需求,然后系统回顾了高压大容量高增益DC/DC变换器拓扑的国内外研究现状,并总结了各类DC/DC变换器的特点及其在未来高压直流电网中的应用前景。在此基础上指出了高压直流电网用的大容量DC/DC变换器亟待研究的关键问题。所述内容为未来高压直流电网技术的研究和工程化应用提供了一定的技术参考。     

三元件串联LLC谐振AC/DC变换器的设计

三元件串联LLC谐振变换器由于其高效率、高功率密度及软开关特性,成为目前热点研究的直流变换器之一.在对三元件串联LLC谐振直流变换器进行工作原理分析、电路仿真和工作状态解析的基础上,提出了一种快速和普遍适用的基于三元件串联LLC谐振AC/DC变换器的设计及计算方法,最后试制了一台300W的三元件串联LLC谐振AC/DC变换器样机,其较高的变换效率证明了该变换器的优势,样机的输入电压电流和谐振电流波形验证了该设计和计算方法的正确性.     

高频谐振型直流变压器模块设计与研究

此处针对电力电子变压器(PET)中核心直流变换环节,提出了使用LLC串联谐振变换器作为高压大功率的高频谐振型直流变压器的基本模块,并详细分析了各项设计原则,以实现高功率密度条件下高效稳定地直流功率变换。分析了该高频谐振型直流变压器工作原理及稳态增益的频谱特性。通过简化等效电路推导出了该直流变压器谐振轨迹特性,以指导谐振电容的设计。详细分析和推导了高频变压器的磁芯损耗和绕组损耗及变换器开关损耗的计算方法,并研究了影响直流变压器模块效率的各项因素。最后,研制了一台实验型高频谐振型直流变压器,通过实验结果验证了大功率高频谐振型直流变压器模块设计理论的可行性与正确性。     

一种基于高自由度电压增益单元的高升压DC-DC变换器

该文提出一种基于高自由度电压增益单元(high degrees of freedom voltage multiplier cell,HD-VMC)的大容量高增益DC/DC变换器,具有输入输出增益高、开关器件电压电流应力低且可调、输入相数可自由扩展且自动均流的优点。上述特性使得所提变换器较适用于大容量高增益直流变换场合,如海上风电直流输电系统中。文中首先对变换器的拓扑构建思路进行阐述,然后以4相输入12个HD-VMCs的变换器为例分析该变换器的工作原理及性能特点,最后通过2.5MW的仿真模型和800W的实验样机验证理论分析的正确性。