输入串联输出并联直流变换器建模与解耦控制

输入串联输出并联直流变换器系统(Input-Series Output-Paralleled，ISOP converter)十分适用于高输入电压大功率场合。每个DC-DC模块输入电压均分、输出电流均流是其正常工作的关键。本文提出的一种新颖的输入均压控制方法，在确保模块输入电压均分、输出电流均流的同时，使得控制各个模块输入电压的同时不影响输出电压的调节，有利于分别独立设计输入电压控制闭环和输出电压的控制闭环。本文选择全桥(Full Bridge，FB)变换器作为基本的DC-DC模块，建立了FB-ISOP小信号数学模型，基于该控制方案将整个FB-ISOP解耦为多个单输入单输出的控制闭环。并以两个全桥输入串联输出并联为例，给出了闭环调解器的设计方法。论文最后给出了实验验证。     

一种混合型输入串联输出并联直流变压器

现有基于多变换器输入串联输出并联(input-series output-parallel, ISOP)结构的直流变压器子模块大多采用单一模块,在实现灵活控制和高效率之间很难达到平衡.基于模块化技术,提出了一种基于CLLLC谐振变换器子模块和DAB变换器子模块的混合型ISOP结构直流变压器拓扑,分别利用CLLLC谐振变...     

基于电压前馈的输入串联输出并联型直流变压器反下垂控制策略

以双有源全桥(dual active bridge,DAB)DC-DC变换器为基本功率单元的输入串联输出并联(inputseries-output-parallel,ISOP)型直流变压器(DC solid state transformer,DCSST)十分适用于直流电网互联或大规模新能源汇集等高压大容量应用场合。文中针对现有的反下垂控制方法无法兼顾均压/均流特性与输出电压调整率的缺点,提出了一种电压前馈的反下垂控制方法。通过引入输入电压均值前馈实现了直流变压器输入电压与输出电压的解耦,使得直流变压器在实现均压/均流运行的同时,具有较好的稳压性能。最后,于PSCAD/EMTDC仿真软件搭建了以DAB变换器为基本功率单元的三单元ISOP型直流变压器仿真模型,对所提出的算法进行了对比实验验证。实验结果表明:该方法可以实现直流变压器各模块的传输功率平衡,同时具有较好的稳压性能。     

输入并联输出串联AC/AC变换器的研究

传统两电平AC/AC变换器的开关管电压应力高,输出电压和输入电流谐波含量较高。针对此问题,基于多模块串并联组合变换器的相关技术,提出了一种输入并联输出串联(IPOS)电流源高频交流环节AC/AC变换器。为保证该变换器的正常工作,研究并提出了一种均压控制策略。此控制策略实现了该变换器在4种工作模式下的输出均压和输入均流。实验结果验证了该变换器的工作原理和控制策略的正确性,该变换器适用于较低输入电压和较高输出电压交流电能变换场合。     

输入串联输出并联中压直流变压器阻抗特性及稳定性分析

为解决直流变压器接入直流电网的潜在稳定性问题,针对广泛应用的双有源桥子模块输入串联输出并联型直流变压器,本文基于降阶平均建模方法建立了其输入输出阻抗模型,并通过扫频仿真验证了阻抗模型的正确性;在所建立模型基础上,利用阻抗判据法对直流变压器的输出侧与输入侧分别进行稳定性分析,并针对相角裕度不足的问题分别提出了输出电流反馈...     

输入并联输出串联的半桥变换器研究

在高输出电压、大功率的应用场合,单个变换器模块很难满足高输出电压、大功率设备的要求,存在变换器输入端功率器件电流应力过大,变换器次级电压偏高、整流二极管电压应力大和反向恢复时间长等问题。为此,以半桥变换器为基本单元,提出了一种适合于高输出电压、大功率应用场合的输入并联输出的串联半桥组合式变换器。该拓扑结构中各模块共用一对电容桥臂,这样大大减少了主电路中电容的数量,结构简单。分析了该组合式变换器的特点和规律,对其产生不均压不均流的因素进行了探讨并提出了相应的均压均流控制方案;进行了控制回路的设计,同时引进交错控制技术。仿真结果表明,它具有很好的均压均流效果及良好的输出特性,证明了该半桥组合式拓扑结构及其相应控制方法的正确性。     

输入串联输出并联逆变器的分布式均压控制策略

分析了输入串联输出并联(Input-Series Output-Parallel,ISOP)逆变器的输入均压原理,在此基础上提出一种新颖的分布式均压控制策略,解决了输入均压问题.与集中式均压控制策略不同,该控制策略将输入均压控制电路分散到各模块中,使其成为可独立工作的标准模块.各标准模块的控制电路通过互连线连接,组成ISOP逆变器.分布式均压控制策略促进了系统的模块化,提高了可靠性.对分布式均压控制策略的工作原理进行了分析,并设计原理样机进行实验验证.     

输入串联输出并联逆变器的集中式均压控制策略

输入串联输出并联逆变器可将小功率模块组合后,用于高电压输入、大电流输出的交流供电场合.本文提出了一种集中式均压控制策略,解决系统的输入均压和输出均流问题.其中输出电压环和输入均压环集中设计在一起,共同给系统中各模块提供控制信号.各模块具有独立的电流环和主电路.输入均压环通过调整各模块的电流环给定信号,使输入电压高的模块输出电流增加,输入电压低的模块输出电流减少,从而实现了两模块的输入均压.在输入均压时各模块电流环的给定信号相同,同时实现了输出的均流.文中对所提控制策略进行了分析,并根据解耦的思想,给出了控制系统设计的方法.最后进行实验验证,并给出实验结果.     

极端条件下输入串联输出并联直流变换器均压控制策略

输入串联输出并联直流变换器十分适用于高输入电压、大功率的直流变换场合.要保证该变换器正常工作,就必须保证输入电压均压与输出电流均流.然而现有的控制策略在轻载以及短路等极端情况下无法实现均压,导致模块间不平衡工作,甚至损坏输入电压过高的模块.本文首先从能量的角度出发分析极端条件下不均压的原因,然后对输入均压控制策略进行改进,改进方案在保留原有控制策略优点的同时,实现了轻载时的输入均压以及短路时的模块输出电流限流.在此基础上,进一步提出一种功率可调的辅助电路,对改进的控制策略进行补充,简单有效地将模块输入电压抑制在允许范围内.实验结果验证了控制策略以及辅助电路的有效性.     

输入串联输出并联变换器的输入均压稳定性分析

输入均压是输入串联输出并联(input-series output- parallel, ISOP)变换器稳定工作的保障。通过分析ISOP系统的输入电压与等效电阻及输入电压与输入功率的关系,提出实现输入均压稳定的必要条件,并给出两个输入均压稳定判据,判断ISOP系统的输入均压稳定性。分析ISOP逆变器输出有功功率和无功功率的传输过程以及对输入均压稳定性的影响,并用所提出的稳定判据证明ISOP逆变器的输出均流控制策略不能实现输入均压稳定,而输入均压控制策略可以实现输入均压稳定。通过实验验证了稳定判据及分析的正确性。     

直流变压器研究

随着大功率电力电子器件的日益发展,采用电力电子器件构成的电力电子变压器不但可以实现交流变压器功能,而且还可以实现直流变压功能即直流变压器,从而有利于减少变压器的体积和成本;另外,随着直流电网的发展和普及,直流变压器将在直流输电中也会得到较为广泛的应用。因此,电力电子变压器得到了越来越多得到人们的关注,为利于该技术的实际应用,通过电路模态分析、仿真和实验,详细地分析并实验研究了全桥拓扑结构直流变压器的工作过程和高频变压器磁复位工作原理以及输入输出特性,最后给出了实验结果。仿真和实验结果表明直流变压器能够自动利用输出电压实现高频变压器磁复位和直流变压功能。因此,直流变压器可以广泛地应用在不需要调压的直流用电场合。     

一种适用于高压输入的零电压开关双管推挽直流变压器

提出了一种适用于高压输入的零电压开关双管推挽直流变压器。该拓扑用两只开关管串联代替传统推挽电路中的单只开关管，并引入了2只箝位二极管，将开关管的电压应力箝位在输入电压，利用变压器漏感和开关管的结电容实现了开关管的零电压开关。同时副边采用带箝位电容的全波整流电路，消除了采用传统全波整流时副边整流管反向恢复引起的电压尖峰和电压振荡，有效地降低了电磁干扰。该文详细分析了变换器的工作原理，讨论了变换器的输出特性、零电压开通条件和箝位电容的选取，最后在一台2kW的原理样机上进行验证，满载时效率高达95.8%。     

多倍压输入DC／DC变换器最优拓扑结构研究

讨论了在多倍压输入情况下,合理选择DC／DC变换器拓扑结构的方法,并进行了原理性分析。通过各种拓扑结构的分析对比,得出了多倍压输入情况下最优拓扑结构。提供了详细的试验波形,充分验证了所得结论的正确性,为后续开发者提供了参考。     

15kV/400V直流变压器的设计与研制

设计研制了基于输入串联输出并联结构的200 kW DC 15 kV/DC 400 V直流变压器工程样机。开展了该样机一系列关键技术的研究,包括主电路拓扑结构设计,高频隔离双主动全桥单元设计及其开关器件选型,高频变压器设计,电压控制和平衡控制等。最后搭建了全载试验平台进行测试,结果表明样机在额定工况下的效率超过96%。     

全桥隔离DC/DC变换器的直接功率控制方法

以无工频变压器电力牵引传动系统为应用背景,对其中的全桥隔离DC/DC变换器开展研究。在电力牵引传动系统中,单相网侧脉冲整流器直流输出电压中含有二倍电网频率的电压脉动,该二倍频脉动可能会引起电机中的拍频现象。因此,为减小该二倍频电压脉动对DC/DC变换器输出电压的影响,研究全桥隔离DC/DC变换器在输入电压动态变化时的高性能控制方法非常必要。为提高全桥隔离DC/DC变换器在输入电压脉动以及突变情况下的动态响应性能,基于单相移控制方法,提出了一种直接功率控制方法,并进行了详细的分析。最后,基于RT-LAB和赛灵思XC3S500E的半实物仿真平台和基于TMS320F28335控制器的实物实验平台对所提出的控制方法进行验证,半实物仿真和实物实验结果表明:在输入电压突变、输入电压含有脉动和波动的情况下,该直接功率控制算法能有效提高输出电压的动态性能,减小输入电压扰动对输出电压的影响。     

大型电力变压器直流偏磁试验研究

以实例阐述了单相电力变压器的试验方法,研究了变压器在额定电压情况下发生直流偏磁时,励磁电流、运行噪声和振动等特性的变化。     

哈密电网变压器直流偏磁实测分析

为了研究±800 kV哈密—郑州直流（调度命名“天—中”直流）对哈密地区变压器直流偏磁的影响,首先通过仿真论证了偏磁的存在,其次重点通过实测哈密地区变压器中性点的直流电流分布情况,分析哈密—郑州直流投运对哈密地区变压器直流偏磁的影响,并提出了治理措施进行实测验证。测量结果显示,哈密—郑州直流的投运对哈密地区变压器直流偏磁的影响较大,经过采取变压器偏磁抑制措施,取得了改善变压器中性点直流电流分布的效果,具有较好的推广和应用价值。     

适用于MMC型直流变压器的直流故障主动限流控制方法

为满足模块化多电平换流器(MMC)型直流变压器对直流故障电流快速限制的要求,有必要对其主动限流控制方法进行研究。文中通过对双极短路故障机理的详细分析和故障电流的建模,得到了考虑上升阶段交流馈入量后的桥臂电流,以及短路电流峰值和峰值时间的表达式,然后给出了可以通过降低在故障发生后每相子模块投入数量来限制故障电流的结论。基于此结论,设计了一种新型主动限流控制方法。该方法通过产生附加直流偏置和交流增益,进而调整桥臂电压的直流分量和交流分量,再经调制环节达到限流目的。最后通过仿真验证了所提出方法的有效性和优越性。     

光伏发电系统前级宽输入DC/DC Boost变换器

峰值电流模式DC/DC Boost变换器输入电压范围较宽,适用于两级式光伏发电系统的前级。DC/DC Boost变换器的输入电压较低时,一般采用固定斜坡补偿来保证其稳定运行,低输入电压范围宽时,往往需要过补偿,无法达到设计功率。提出一种动态斜坡补偿的方法,使变换器在较宽输入电压下都能稳定工作且具有较高效率。40 W样机测试结果显示:输入电压在16~24 V的范围内,变换器均能稳定工作。     

可编程控制器输入信号的DC/DC变换

可编程控制器在高于24V的直流电压等级控制回路中应用时需解决输入模块的电压变换和谐波干扰等问题。介绍基于直流110V电压控制回路的一个应用。