三电平储能变流器的研制

此处研制了一款大功率三电平储能变流器,对其主电路拓扑结构和数学模型进行了详细分析,并给出了恒流、恒功率和恒压充放电控制模式.针对传统三电平空间矢量脉宽调制(SVPWM)扇区多、控制复杂的问题,提出了基于两电平空间矢量的三电平载波调制方式,无需复杂分区即可实现三电平SVPWM和母线电容中点电压平衡.制作了实验样机并搭建了...     

T型三电平储能变流器控制策略的研究

大功率、轻量化、小型化是未来储能变流器系统(PCS)的发展方向,T型三电平拓扑结构在这方面有巨大优势。在分析T型三电平拓扑的基础上,采用比例积分(PI)控制与重复控制相结合的复合电流控制策略控制LCL滤波器,有效抑制了低次电流谐波的含量,提高了交流侧稳态电流质量。实验结果表明,系统稳定可靠,电流谐波得到抑制且电流动态响应速度快。     

并联T型三电平储能变流器零序环流抑制

针对共享交、直流母线的T型三电平储能变流器并联系统零序环流问题,建立并联T型三电平储能系统零序环流等效模型,并根据激励源的不同,把零序环流分为通态零序环流、开关零序环流、混合零序环流3类。首先采用一种共享直流中点方案抑制通态零序环流,其次通过一种改进型LCL滤波器方案抑制开关零序环流和混合零序环流中的高频分量,然后提出一种基于比例谐振控制的零序调制波叠加控制方案抑制开关零序环流和混合零序环流中的低频分量,最后搭建500 k W的T型三电平储能变流器并联仿真系统。仿真结果证明了文中提出的零序环流抑制策略的正确性。     

适用于提高T型三电平储能变流器功率响应特性的模型预测控制算法

模型预测控制(model predictive control,MPC)已经广泛应用于电池储能系统。在传统中点钳位式(neutral point clamped,NPC)三电平储能变流器的每个开关周期内,其输出电压跳变不能超过直流母线电压的一半,该特点将严重影响变流器模型预测控制的功率响应特性。为此,提出一种基于T型三电平储能变流器的模型预测控制算法。在确保变流器输出有功功率、无功功率及中点电位偏差一定的前提下,采用遍历法寻求使变流器开关频率最低时的输出电压矢量,充分发挥T型三电平拓扑输出电压跳变不受限制的优势。采用几何分析法对比T型拓扑与NPC拓扑储能变流器的功率控制特性,分析结果表明,所提模型预测控制算法极大地提高了T型三电平储能变流器的功率控制特性。     

20 kW三电平并网变流器主电路参数的设计

提出了采用三电平并网技术研制可再生能源发电高压并网变流器,介绍了三电平并网变流器主电路的拓扑结构,并对其主电路参数的选择进行了研究,给出了主电路功率器件IGBT、箝位二极管和直流侧电容的设计方法.采用LCL滤波器抑制注入电网谐波,并对其工作原理和滤波特性进行了分析,建立了LCL滤波器设计的数学模型.在此基础上,设计出了20 kW三电平并网变流器的实验样机,实验结果表明所提出的设计方法正确实用.     

20 kW三电平并网变流器主电路参数的设计

提出了采用三电平并网技术研制可再生能源发电高压并网变流器,介绍了三电平并网变流器主电路的拓扑结构,并对其主电路参数的选择进行了研究,给出了主电路功率器件IGBT、箝位二极管和直流侧电容的设计方法。采用LCL滤波器抑制注入电网谐波,并对其工作原理和滤波特性进行了分析,建立了LCL滤波器设计的数学模型。在此基础上,设计出了20 kW三电平并网变流器的实验样机,实验结果表明所提出的设计方法正确实用。     

基于三电平拓扑的两级式储能变流器控制策略

随着电网中分布式可再生能源的渗透率不断增加,微电网的应用引起了广泛的关注.储能变流器作为微电网中的重要组成部分,在其运行管理中发挥着关键的作用;然而,常见的单级式储能变流器输入电压范围窄、适用范围小,两电平储能变流器则具有器件承受大、设备体积大的缺点.为了解决上述问题,提出一种基于三电平拓扑的两级式储能变流器的控制策略...     

三电平储能变流器改善电流质量研究

为解决当下电能替代负荷在配电网应用下产生的综合电流质量问题,结合低压用户侧储能变流器的结构及控制特点,提出了基于储能变流器的综合电流质量治理策略。考虑到储能变流器的控制特点,给出了作为解决综合电流质量场景下的相关设计方法,在典型电能替代负荷下,采用Goertzel-IIR前置滤波器锁相环滤除电网电压可能含有谐波及负序分量,保证输出电流与电网电压同步;采用离散傅里叶、对称分量法及瞬时无功功率理论综合检测方法,提取基波正序无功分量、基波负序分量及零序分量;并结合电流分频控制及直流电压载波层叠调制保证系统的精准稳定运行。最后利用Matlab/Simulink搭建系统仿真模型,验证了所提方案的正确性和有效性。     

基于T型三电平变流器的超导磁储能系统及其能量成型控制策略

基于T型三电平拓扑的变流器结合了传统两电平和三电平变流器的优点,可以改善并提高系统的输出特性和运行效率,有效降低功率开关管的电压应力和导通损耗。超导磁储能(superconducting magnetic energy storage,SMES)系统拥有很高的功率密度,作为新型储能装置应用于电力系统是未来的必然趋势。提出了一种基于T型三电平变流器的新型SMES拓扑结构,针对其运行过程中的非线性特性进行了端口受控哈密尔顿建模,并设计了SMES基于反馈互联结构的能量成型控制策略。仿真结果表明,基于能量成型控制及T型三电平拓扑的SMES具有较小的谐波畸变率和很好的功率跟踪性能。将其应用在风力发电系统中,有效平抑了风电波动,增强了风电场的并网能力。     

6.6 kW双向AC/DC T型三电平变换器研究

针对动力电池充电第一级AC/DC电路,采用了T型三电平结构实现双向能量传输,其中正向使用数字单周期控制以简化控制算法。分析了电路工作原理与双向控制方式,推导了正向系统传递函数,并进行仿真,最后搭建6.6 kW试验平台,结果验证了电路结构与控制方式的可行性。     

单级T型三电平大容量储能转换系统设计

储能系统能够有效解决新能源发电波动性大、稳定性差的问题,同时也能够提高用户的电能利用率,降低生产运营成本。在储能系统中,其能量转换系统(PCS)承担着电力变换的重要任务,是储能系统的核心部件。单级式T型三电平的拓扑结构主电路简洁,摒弃了传统的升降压DC/DC电路,能够实现双向DC/AC变流,以及恒流、恒压、恒功率等多种运行模式下的充放电功能,通过提升直流侧电池的电压将单台PCS的容量提升至高达630kW。控制系统基于DSP开发,引入了RTOS操作系统,使系统的可移植性和拓展性大大增强。通过仿真和实测,单级式T型三电平大容量PCS电压利用率高、滤波器容量小、谐波含量低,功率器件的电气应力满足系统要求,具有较高的实用价值。     

T型三电平变流器开路故障容错控制研究

针对T型三电平变流器功率器件开路故障问题,提出了一种基于载波调制的容错控制策略.通过分析开路故障状态下三电平变流器的换流路径,研究系统工况对于故障影响范围及容错控制实施的影响.在此基础之上通过调制波同步补偿和异步补偿的方法,在保证线电压输出不变性的前提下实施有效的容错控制.该控制策略相较于传统基于空间矢量调制的容错控制...     

三电平全功率中压风电变流器研究

将三电平背靠背中压变流技术应用到全功率风力发电系统中,这种方案能够有效减少电流应力和系统体积,有效地扩大全功率变流器的容量.研究了三电平背靠背中压变流器的硬件设计和控制策略,最后实现了实验室样机.     

大功率三电平变流器中的能量回馈型吸收电路

吸收电路对大功率变流器的可靠工作起着极其重要的作用。分析了能量回馈型吸收电路在300KVA IPM三电平流器中的工作过程，提供了电其参数的选择，总结了其特点，并给出了有关的实验结果。     

三电平变流器脉冲发生器的研制

三电平变流器脉冲发生器是用户电力统一调节器（UCPC）的重要部件之一。文中介绍了研制成功的基于数字信号处理器DSP（TMS320C31）的电压空间矢量脉宽调制（PWM）的高性能三电平变流器脉冲发生器,分析了三电平电压空间矢量PWM的基本原理及开关矢量选择及优化原则、扇区内的区域划分法、中点电位的控制方法、窄脉冲的避免方法等技术关键,给出了基本的硬件结构、装置的实现方法和实验结果。     

20kW三电平光伏并网逆变器

设计了一种20 k W I型NPC三电平光伏并网逆变器,采用无升压变压器型设计,Boost部分采用交错并联结构,逆变部分采用I型NPC三电平结构,控制系统硬件平台采用DSP+FPGA的双CPU架构,并对系统层参数进行了设计和仿真。针对NPC拓扑结构中的中点电压平衡问题,提出了在Boost电路中改变上下电容的充放电时间调节中点电压,与基于母线电容中点电荷的中点电位平衡控制算法相结合,并进行了试验验证。逆变器控制采用电网电压定向矢量控制,并通过试验验证了装置的可靠性。     

基于三电平变流器的储能系统并网控制器设计

对二极管箝位型三电平变流器在储能系统(Power control system,PCS)中的应用进行了研究,提出了带功率前馈的储能系统并网电流内环、电池电流外环的双环控制策略。对于三电平中点箝位(Neutral point clamped,NPC)变流器的中点电位平衡问题,提出了带限幅比例因子的中性点电压平衡控制算法,实现了中点电压的高精度平衡调节,减小了中点不平衡对电流THD的影响。通过对50kVA储能系统仿真和实验验证,结果证实了所提并网控制器的可行性和有效性。     

一种IGCT三电平变流器极限功率试验方法

提出一种可以评估大容量IGCT三电平变流器极限功率输出能力的测试方法。基于同步对称PWM调制及温度估计模型进行IGCT三电平变流器功率实验,可测试不同负载功率因数下、可逆运行下的设备容量,实现对功率器件温升的准确评估。该方法采用PWM脉宽实时调节的方式改变负载电感两端电压差,相比于一般同步调制方法直接改变查表角度或查表电压的方式,进一步减小了电流纹波,使测试电流更贴近实际情况。     

大功率三电平中点箝位变流器损耗特性分析

随着大功率变流器容量的提升,功率器件的损耗也逐步增加,从而导致系统的散热及可靠性问题变得更加突出。本文分析了基于IGCT器件的三电平中点箝位变流器各部分损耗的理论计算方法。考虑高压大电流条件下器件电压及电流谐波含量对损耗计算的影响,本文通过电压及电流瞬时值计算功率器件通态损耗、开关损耗,以及缓冲电路损耗,实现变流器系统损耗的准确计算,为大功率变流器不同拓扑结构和调制策略的效率优化分析打下基础,也为系统散热设计提供参考基准。基于负载功率自循环老化原理,本文通过仿真和实验验证损耗计算模型及仿真平台的正确性和有效性,在工程实践上具有一定的实用性。     

基于主从式控制三电平变流器并联的储能系统

针对现有大功率储能系统在可靠性、集中式工作中存在的不足,研究了基于主从式三电平变流器并联技术的大功率储能系统。分析了现有的变流器并联技术,结合大功率储能系统多装置并联高可靠性、大容量扩容等特点,确定了基于主从式三电平变流器并联技术的大功率储能系统方案,分析了在dq0坐标系下的变流器并联均流控制算法和三电平变流器的中点电位平衡问题,结合Matlab/Simulink仿真模型对所构建的变流器并联系统进行仿真,并结合实验系统进行了2台变流器的并联实验,仿真及实验结果表明储能系统在空载与带载情况下均能正常工作,满足高可靠性要求。