固态变压器高压级电流控制策略仿真研究

固态变压器普遍采用高压级、隔离级和逆变级三级拓扑结构以实现电压等级变换、电磁隔离和能量双向流动等功能。针对固态变压器高压级电流控制问题,通过建立固态变压器高压级数学模型,根据网侧电压信号,结合矢量控制和载波相移技术,提出一种单相dq矢量共同占空比控制策略。在MATLAB/Simulink仿真软件中搭建了七电平固态变压器高压级实验平台来验证该策略的有效性和正确性。仿真结果表明,该策略不仅可以保证固态变压器高压级实现单位功率因数运行,且电流谐波含量低,并网效果良好。     

基于固态变压器的同步双频感应加热电源研究

同步双频感应加热电源在加热齿轮等复杂工件时具有良好的工艺性。目前提出的同步双频感应电源拓扑都具有整流部分,但电网中存在固态变压器时,可以通过固态变压器实现整流,无需传统拓扑的整流部分。基于固态变压器提出一种新型的同步双频感应加热电源拓扑,当电网中存在固态变压器时可省去传统拓扑中的整流部分,且具有减少谐波对电网污染、电气隔离等优点,给出了各部分控制方式,允许完全控制中频和高频逆变谐振槽路的输出功率和频率,设计了双频谐振网络参数,搭建了实验样机,分别对中频和高频槽路不同输出功率比例进行实验,验证了所提拓扑的可行性。     

电力电子变压器研发与控制关键技术

正电力电子变压器(power electronic transformer,PET),又称固态变压器(solid state transformer,SST),是一种结合了电力电子变换技术和传统电磁感应电能变换技术的新型智能变压器,可实现不同电力特征电能间的相互转换。除具备传统交流变压器功能外,PET还可实现交流侧无功功率补偿、谐波治理、新能源/储能设备直流接入,端口间故障隔离等功能,在可控性、灵活性和兼容性方面具有明显的优势。伴随着能源互联     

电力电子变压器研究综述

电力电子变压器在兼备传统电力变压器的同时,具有优化配置各种电源、改善供电质量、控制功率潮流和提高系统稳定性等功能,是未来配电网实现电力变换与控制的主要载体之一。介绍了电力电子变压器的工作原理、拓扑结构、控制策略,并结合未来智能配电网对电力变换与控制的需求,对电力电子变压器的发展进行了展望。     

基于电压平衡器的固态变压器及其控制策略研究

固态变压器是交直流混合配电网的核心装置。针对低压直流配电网一般采用双极性供电的特点,提出了一种基于电压平衡器的固态变压器拓扑。所提拓扑的中间级DC/DC包括输入半桥、双有源桥和电压均衡3部分,结合其运行模式给出了各部分的控制策略。为了分析系统的大信号稳定性并加快仿真速度,给出了中间级DC/DC子模块的大信号回转器模型,并采用仿真方法验证了所提拓扑和控制策略的有效性。所提出的基于电压均衡器的固态变压器具有多个电压端口,能够与中高压电网及低压电网相连,提供自身用电或组网运行。     

三相三线制高频隔离型固态变压器的瞬时空间矢量PID控制方法研究

固态变压器是一种含有电力电子变换器且通过高频变压器进行磁耦合的变电装置.它不仅能够实现电力系统中的电压变换、能量传递,还可以灵活控制变压器一次侧、二次侧的电压幅值和相位.此外,它能使系统具有更高的稳定性,实现更加灵活的输电方式,整合各种交直流分布式电源,以及实现电力市场下对功率潮流的实时控制.基于固态变压器的AC-DC-AC电路拓扑结构,提出了一种三相三线制高频隔离型固态变压器的实现方案,分析了该固态变压器输入级、隔离级、输出级的控制策略,并利用Matlab/simulink建立了10kV/380V仿真模型,仿真结果表明,提出的SST的实现方案和控制策略对10kV系统的电压、功率、频率控制效果良好,能有效改善电压特性,提高系统的稳定性.     

固态变压器技术及其应用专辑特邀主编述评

固态变压器是一种基于电力电子变换技术来取代传统60 Hz变压器的新型智能装置。其主要特点在于体积小、重量轻、可控性高以及可集中多种功能，因此在电力系统和其他领域中有着广泛的应用前景，比如电压转换、可再生能源系统集成、电网储能、电动汽车充电站及电力机车等。开发固态变压器需要克服很多困难，包括如何实现中压和高压电网连接能力。基于目前固态变压器研究的困难和热点问题，《电源学报》特别推出"固态变压器技术及其应用"专辑，以期推进固态变压器技术难点和热点问题的讨论。     

基于高压碳化硅器件的三相固态变压器拓扑及其在电网电压不平衡下的控制

作为智能电网应用中的关键设备,固态变压器(SST)在未来电力系统中占有重要地位。为解决三相模块级联型固态变压器拓扑复杂、控制困难、需要解决模块间均压均功率等问题,采用简单的基于高压碳化硅(Si C)器件的三相固态变压器拓扑,其中整流级采用简单的三相电压型PWM整流器的常规拓扑,因而具有很强的现实意义。建立三相Si C-SST拓扑的数学模型,并对电网电压平衡下的控制策略进行分析,同时在电网电压不平衡时,采用抑制SST交流输入侧负序电流的控制策略。通过PSIM仿真证明了两种控制策略的可行性与正确性。最后基于Si C器件搭建了实验平台,对SST的前端整流级进行了实验验证。     

FREEDM微型电网及其继电保护研究

FREEDM是美国北卡大学FREEDM工程研究中心提出的一个全新智能微网模型。首次将FREEDM的先进理念引入国内,对其主要思想和工作原理进行了综述性研究。阐述了FREEDM的系统配置和拓扑结构。介绍了FREEDM组网的关键设备固态变压器和固态断路器,分别分析了其工作原理、拓扑结构和发展方向等。通过Simulink软件的仿真对比分析指出由于含有大量储能元件和电力电子控制回路,固态变压器具有较强的限流作用,总结了FREEDM的短路电流特性。探讨了在FREEDM中应用区域纵联电流差动保护的继电保护策略。     

FREEDM微型电网及其继电保护研究

FREEDM是美国北卡大学FREEDM工程研究中心提出的一个全新智能微网模型.首次将FREEDM的先进理念引入国内,对其主要思想和工作原理进行了综述性研究.阐述了FREEOM的系统配置和拓扑结构.介绍了FREEDM组网的关键设备固态变压器和固态断路器,分别分析了其工作原理、拓扑结构和发展方向等.通过Simulink软件的仿真对比分析指出由于含有大量储能元件和电力电子控制回路,固态变压器具有较强的限流作用,总结了FREEDM的短路电流特性.探讨了在FREEDM中应用区域纵联电流差动保护的继电保护策略.     

基于固态变压器的大功率逆变技术研究

固态变压器结合了电力电子变换技术和高频电能变换技术,实现将电能从一种电力特征的转变为另一种电力特征。逆变器作为固态变压器中能量转换的装置,技术已经很成熟,但是在大功率逆变器运行的设计上还有许多问题有待解决。逆变器并联运行控制技术是实现模块化、高可靠性冗余逆变电源系统的基础。分析了逆变器并联运行时环流的产生原因,总结了目前已有的逆变器并联方案。又根据组合式逆变器运行原理,用仿真实验验证了三相组合式逆变器用于固态变压器的优越性和可行性。     

基于共载波调制的功率复合型模块化多电平固态变压器

整体功率密度低、成本高是制约现有固态变压器(SST)在配电网进一步发展和应用的关键因素。提出一种功率复合型模块化多电平固态变压器(PI-MMSST)拓扑结构,将传统SST输入级和中间级进行功率复合,整个装置的功率变换级数从3级减少为2.5级,装置体积减小,功率密度有效提高;相较于现有混频调制SST拓扑,PIMMSST对功率分配方式进行改进,大大减少滤波器使用,节约了装置成本。此外,提出双层式子模块(SM)电容电压均衡控制策略,采用高频和基频目标信号共载波的方法进行调制,满足PI-MMSST正常工作需求。最后,通过Matlab/Simulink仿真验证该新型SST拓扑及其双层式均衡控制策略的可行性和有效性。     

适用于中高压配电网的高功率密度谐振型级联H桥固态变压器

现有中高压配电网固态变压器(SST)拓扑,其电容、模块、IGBT与高(或中)频变压器用量大,成本高,功率密度低。在现有级联型SST拓扑基础上,提出一种适用于中高压配电网的高功率密度谐振型级联H桥固态变压器(RCHB-SST)拓扑。RCHB-SST拓扑利用串联谐振的选频作用,实现了一台高频变压器对应多个H桥模块的特殊结构,较传统中高压配电网SST拓扑,能有效减少电容器、模块、IGBT和高频变压器用量以提高功率密度,同时模块的减少和DC-DC环节采用开环控制有利于控制系统的简化。分析RCHB-SST工作原理,建立RCHB-SST的数学模型,提出RCHB-SST的控制策略和模块电容值计算方法,并进行了仿真证明。     

带旁路电感的变压器耦合三相桥式固态限流器的控制策略研究

围绕新型变压器耦合三相桥式固态限流器试验样机工程化过程中的几个问题,提出该限流器的改进拓扑——带旁路电感的变压器耦合三相桥式固态限流器。给出了一种符合带旁路电感的变压器耦合三相桥式固态限流器特点的控制策略,并作了仿真研究分析。     

基于传统PET的谐振型级联H桥电力电子变压器拓扑分析

<正>为了减少高频变压器、IGBT等原件的用量,基于传统的PET结构提出了一种谐振型级联H桥电力电子变压器拓扑(H-PET)并建立了数学模型。以PSCAD为仿真平台,并选定定直流电压控制、高频链控制、SM均压控制为控制策略对HPET进行稳态和动态仿真分析。为解决现有PET拓扑存在的问题,本文基于现有的PET拓扑结构提出了一种适用于中高压配电网的新型级联型固态变压器拓扑——谐振型级联H桥电力电子变压器拓扑(H-bridge Power Electronic Transformer,H-PET)。给出了这一拓扑的电路     

基于绕组联接方式的高频三相变压器性能影响分析

基于高频三相变压器的固态变压器已被证明是实现大功率应用的关键电力电子设备,研究不同绕组联接方式对高频三相变压器性能的影响,对于固态变压器的拓扑结构优化至关重要。根据隔离式三相双有源全桥DC-DC变换器拓扑结构,建立Y-Y、Y-△和△-△型这三种联接方式下的变换器的等效电路和相量图,分析推导了不同绕组联接方式下的电流和传输功率的计算表达式;从开关的ZVS区域、变压器绕组电流和变压器利用率等多方面对变压器的性能进行了研究,并通过仿真验证了理论分析的正确性。结果表明:Y-Y型联接与△-△型联接在ZVS区域、变压器利用率上表现出来相似的性能,Y-Y型联接的绕组电流约为△-△型联接的31/2倍;Y-△型联接具有更宽的ZVS区域,最佳的变压器利用率在功率等级为50%-80%之间。     

带旁路电感的变压器耦合三相桥式固态限流器的控制策略研究

围绕新型变压器耦合三相桥式固态限流器试验样机工程化过程中的几个问题,提出该限流器的改进拓扑--带旁路电感的变压器耦合三相桥式固态限流器.给出了一种符合带旁路电感的变压器耦合三相桥式固态限流器特点的控制策略,并作了仿真研究分析.     

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。     

配电网电力电子变压器技术综述

电力电子变压器旨在代替传统电力变压器,实现电压变换、电能控制、无功补偿和不间断电源等智能化功能,使配电网结构更加精简,运行更加高效。首先对电力电子变压器的发展历程、优势和工作原理进行了论述和分析,然后对电力电子变压器技术中的功率器件、高频变压器、电路拓扑结构、控制技术以及应用等关键问题和研究现状进行了较为全面的阐述,最后指明目前电力电子变压器亟需解决的问题。     

新型自耦变压器耦合桥式固态限流器及其拓扑改进

变压器耦合桥式固态限流器的体积与成本取决于串联耦合变压器、整流桥和限流电感等限流器各组成部分。为减小串联耦合变压器的体积与成本,提出一种新型自耦变压器耦合桥式固态限流器,详细分析了其工作原理和限流过程。针对整流桥晶闸管无法控制关断从而导致限流电感必须设计得较大的缺点,进一步提出一种基于全控电力电子器件的限流器二次侧改进拓扑结构,缩短故障后整流桥和限流电感承受冲击电流的时间并降低冲击电流幅值和上升率,从而可减小整流桥电力电子器件和限流电感相关参数设计值,进一步降低限流器成本。仿真研究验证了相同限流目标下,相比串联耦合变压器,采用常规非自耦变压器,上述限流器具有更好的经济性。最后,对改进拓扑结构进行样机实验,验证了改进拓扑的有效性。