Boost型三电平AC/AC变换器

针对高输出交流电压的升压场合,研究Boost型三电平AC/AC变换器。相比于Boost型两电平AC/AC变换器,该变换器通过增加开关管数量和引进飞跨电容,构造了中间电平,可使开关管的电压应力降低一半,滤波器重量体积大大减小。其拓扑可以看成是两个输出电压极性相反的Boost型三电平DC/DC变换器组合而成,该变换器输入输出电压同相位,其飞跨电容电压等于输出电压的一半。详细分析其电路工作原理,给出一种新颖的控制策略,可对输出电压和飞跨电容电压同时进行控制;研制一台原理样机,给出了实验波形与测量结果。实验结果证实了理论分析的正确性和控制策略的可行性。     

Buck-Boost式三电平单级AC/AC变换器

提出了Buck-Boost式三电平单级AC/AC变换器电路拓扑,该变换器适用于高压场合,具有开关管的电压应力低、单级功率变换、变换效率高、三电平波形、实现升降压输出、输出电压THD较小、负载能力强等优点。该变换器的开关管电压应力是两电平的1/2,大大降低了在高压场合对开关管的电压应力要求。同时,研究了适用于该变换器的电压瞬时值反馈控制策略,该策略能够快速响应输入及输出电压的变化;并根据输出电压、电流的极性,分析了该变换器负载时的四种工作模式;以及该三电平变换器在CCM和DCM模式下的输入输出特性和外特性。实验结果充分证实了该变换器的正确性和先进性。     

低占空比谷值电流控制三电平Buck变换器研究

为了实现三电平Buck（Buck TL）变换器使开关管的电压应力减小为输入电压的一半、电感电流脉动频率提高为开关频率的两倍以减小滤波器的尺寸的优点,使变换器具有较高的功率密度,必须保持飞跨电容的电压为输入电压的一半。因此,基于谷值电流控制方法,建立Buck TL变换器的小信号模型,获得了小信号传递函数,然后对其补偿网络进行设计,以实现对电感电流的控制。最后,将电流控制模式和电压控制模式进行了比较,仿真验证了电流控制模式的优越性。理论分析的正确性和控制策略的可行性也得以证实。     

正激式交-交型三电平AC/AC变换器

提出了正激式交-交型三电平AC/AC变换器电路拓扑,该电路拓扑由三电平变换器、高频变压器、输出周波变换器等构成,电路拓扑简洁,两级功率变换(LFAC/HFAC/LFAC)、双向功率流、高频电气隔离、输出滤波器前端获得三电平低频电压波,能够将一种不稳定畸变的高压交流电变换成同频率稳定的正弦交流电压,为实现新型电子变压器、正弦交流稳压器和交流调压器提供了技术基础.本文分析研究了这类变换器的电压瞬时值反馈控制策略、工作模式与稳态原理,给出了变换器外特性及磁复位所需满足的条件,并与传统的正激式两电平AC/AC变换器进行了比较,得出可以减小滤波电感并能降低主开关管电压应力等结论.最后通过原理试验波形充分证实了这类变换器的正确性和先进性.     

基于改进空间矢量PWM的AC/DC/AC准全硅变换器

针对不控整流式的AC/DC/AC变换器,提出一种改进的空间矢量PWM方法应用于变换器的逆变级调制来取消或减小直流侧的大容量电容。其主要思想是根据负载功率因数角判断是否需要在直流侧放置一小容量续流电容,然后根据直流波动电压的采样值和SVPWM控制策略下电容的充放电规律来修正调制比。文中给出了最小电容值的计算方法,此电容与传统的平波电容相比容量显著减小且仅作倒灌电流的续流通道,所以称此变换器为准全硅变换器。最后针对所提出的准全硅变换器用Matlab/Simulink进行了仿真,仿真和实验结果验证了其可行性。     

推挽式高频链三电平AC/AC变换器的分析与仿真

提出了由多电平变换器、高频变压器、输出周波变换器等构成的推挽式高频链三电平AC／AC变换器电路拓扑,有电路简洁、两级功率变换、双向功率流、高频电气隔离的特点,能够将不稳定畸变的交流电变换成同频率稳定的正弦交流电,为实现新型电子变压器、正弦交流稳压器和交流调压器提供了技术基础。分析了该变换器的工作模式、稳态原理与电压瞬时值反馈控制策略,给出了变换器外特性公式,得出了可以减小滤波电感并能降低主开关管电压应力等结论,通过PSPICE仿真证实了该变换器的正确性和先进性。     

用于超级电容储能系统的三电平双向直流变换器及其控制

传统两电平DC-DC变换器开关器件承受电压应力高,输出电流纹波大。本文采用一种三电平双向直流变换器控制超级电容的能量流动,有效提高了超级电容充放电效率和输入电压等级。分析了三电平双向直流变换器的工作原理及其控制策略,在Matlab/Simulink平台上搭建仿真模型,验证了三电平双向直流变换器拓扑的优点,并实现了对直流网压、飞跨电容电压以及超级电容充放电电流的控制;样机实验表明了该变换器及其控制的合理性和有效性。     

基于Buck-Boost的AC/AC变换器设计

利用Buck-Boost电路输出电压理论上可以在零到无穷大之间变化的特点,将Buck- Boost斩波电路应用于交流电压变换,提出了一种变比可以连续变化的固态变压器.与传统的自耦调压器相比,基于Buck-Boost变换器的固态变压器具有输出电压范围宽、体积小的特点,并且由于采用了电压反馈控制,使得其输出电压不受负载变化的影响,外特性较硬.针对四象限开关存在的换流问题,提出了该变换器的换流策略,在理论分析的基础上,设计制作了一台AC/AC调压器,实验结果验证了该变换器的可行性.     

改进型Zeta式三电平AC/AC变换器

为进一步提高高压电能变换领域输出波形的质量,基于多电平技术的相关原理,提出了无中间直流环节的改进型Zeta式三电平AC/AC变换器,进一步介绍了该变换器的电路结构、电路拓扑和高频控制策略。利用仿真软件Pspice建立了改进型Zeta式三电平AC/AC变换器的电路仿真模型,给出了该变换器闭环控制的主电路图,对其进行了闭环控制仿真验证,得出了闭环控制电路各部分的输出波形,并在输入端交流信号波动的情况下测试了输出端的稳压性能。结果表明:该改进型Zeta式三电平AC/AC变换器的拓扑结构简单,设计原理正确,控制方法简单可行,有较好的稳压功能。     

DC/DC/AC混合型MMC变换器控制策略分析与设计

研究了一种可以实现电能不同形式综合利用的DC/DC/AC混合型模块化多电平变换器(MMC),该结构的变换器实现了电压变换功能的多样化。首先,分析了该种可以同时实现DC/DC与DC/AC混合电压变换的模块化多电平变换器拓扑结构;然后,利用功率正交原理,设计了DC/DC/AC混合型模块化多电平变换器的闭环控制策略;最后,在给定交流负载侧交流电流的前提下,实现了各个桥臂子模块电容电压的均衡控制。仿真结果验证了所提出的DC/DC/AC混合型模块化多电平变换器电压变换功能的可行性以及控制策略的有效性。     

直接式AC/AC型混合配电变压器及其在配电环网潮流柔性调控中的应用

为满足未来配电网智能化的发展需求,实现配电环网潮流柔性调控,提出了一种能够满足城市配电环网潮流柔性调控的直接式AC/AC型混合配电变压器(AC/AC-HDT)。提出了AC/AC-HDT的拓扑结构并对其运行原理、优势进行分析与对比。基于此,结合现有配电环网的主要闭环方式,提出了含AC/AC-HDT的城市配电环网组网方案。基于配电环网潮流调控基本原理,给出了AC/AC-HDT在城市配电环网潮流调控中的策略流程。通过实验室AC/AC-HDT原理样机的搭建以及含AC/AC-HDT的双电源配电环网潮流调控效果的仿真分析,验证了所提直接式AC/AC-HDT拓扑的合理性以及其在配电环网潮流柔性调控中应用的可行性。     

基于直接式AC/AC变换的两相支撑调控型混合配电变压器

针对配电网中不确定性因素导致的电压跌落/骤升给敏感负荷带来的不利影响,提出了一种基于直接式AC/AC变换的两相支撑调控型混合配电变压器(HDT)。该HDT由直接式AC/AC变换器与传统工频变压器组合而成,能够根据负荷需求进行电压幅值与相角的柔性调控。对所采用的直接式AC/AC变换器拓扑及其调制策略进行了阐述分析。在此基础上,提出了基于直接式AC/AC变换的HDT系统结构。依托HDT系统结构,对其工作原理进行了详细分析并对HDT系统的电压幅值与相角调控范围进行了定量研究。最后通过搭建1 kW的实验原理样机,对所提出的HDT系统理论分析的正确性与有效性进行了实验验证。     

级联式Buck-Boost AC／AC变换器

详细分析了Buck型和Boost型AC/AC变换器的工作原理及其控制方法,在此基础上提出了一种新型级联式Buck-Boost AC/AC变换器及其三模式控制策略.三模式控制策略是比较输入电压与基准输出电压的大小,使得变换器只有3种工作模式:Buck模式、Boost模式和滤波模式.该电路虽然由Buck型和Boost型AC/AC变换器2级变换器级联而成,并采用2级占空比调制,但实际上最多只存在一级功率变换,具有控制简单、变换效率高、开关管电压应力低等优点.仿真结果证明了级联式Buck-Boost AC/AC变换器及其控制策略的可行性和理论分析的正确性.     

考虑换流变压器和无功补偿协调控制计算AC/DC系统有功-电压曲线

在绘制交直流混合输电系统有功一电压曲线的过程中应该考虑直流的调整控制作用.如果将直流系统简单视为定功率负荷,通过仿真发现,计算得到的静态电压稳定裕度偏保守,并不能反映直流系统的控制作用.在采用连续潮流法求解交直流混合系统有功一电压曲线的过程中,根据换流器的阀组控制方式和直流系统运行特征(无功功率控制方式),调整换流变压器分接头,并根据无功控制需求投入换流站无功补偿装置,求得的有功一电压曲线及电压稳定临界点能够反映直流输电系统控制对电力系统稳定性的影响.     

计及直流控制方式转换和换流变变比调整的交直流潮流算法研究

在分析统一迭代法及交替迭代法优缺点的基础上,提出了改进的交替迭代法以计算交直流系统潮流。该算法计及了直流变量的边界约束,对交流及直流系统潮流方程均采用牛顿拉夫逊法求解,确保了直流子系统雅可比矩阵可逆。分析了交流系统修正雅可比矩阵在计算过程中可能出现虚部的原因,给出了换流变分接头调整的策略。以修改后的IEEE39系统为例,验证了所提算法的正确性。重点讨论了当节点负荷缓慢增加时,潮流计算中换流变调整分接头,无功补偿设备的投切和直流控制方式发生改变的详细过程及以上因素对电压稳定极限的影响。     

新型带充电泵PFC电路的AC/DC变换器

提出了一种新型带充电泵PFC电路的AC／DC变换器，分析了该变换器的工作原理，并讨论了该变换器的主要参数设计，最后给出28V／6A实验样机测试结果。结果表明，该变换器能实现高功率因数校正，电路简单实用。     

基于重复控制的新型三相变换器研究

中间直流侧的电解电容是决定AC/DC/AC变换器使用寿命的关键,取消或减小该电容具有重大意义。针对整流级采用二极管不控整流桥、逆变级采用全控桥的拓扑结构,具体分析了整流级在SPWM调制方式下的工作模式。通过把三相输出电压划分为6个区间,并在每一个区间内根据SPWM的调制特点和三相负载电流的波形,得出了负载功率因数角与能量反馈(倒灌电流)的关系。在此基础上,通过对1个载波周期内直流侧电容上的充放电分析,给出了有倒灌电流时最小电容值的计算方法。取消或减小直流侧电容后,不控整流输出的直流电压是波动的,逆变级不能直接应用标准的SPWM。根据重复控制的原理,对重复控制可以消除输出电压中因直流电压波动而产生的低次谐波的机理进行了分析,分析结果表明应用重复控制可以使输出电压具有良好的波形。最后,应用Matlab/Simulink进行了仿真,仿真结果验证了理论分析的正确性。     

换流变压器交流消磁及验证装置的研究

为解决传统交流消磁设备存在消磁时间长及所需电压高的问题,在分析换流变压器剩磁产生及传统消磁原理的基础上,基于改进的交流消磁法,采用SPWM波来控制消磁电压的频率,实现精确调节消磁电流的目的。研制了换流变压器消磁装置,搭建试验回路进行消磁测量,通过测量环形铁芯的励磁电流,验证消磁装置的消磁效果。试验结果表明,对换流变压器铁芯加载正弦激励电压后,励磁涌流明显降低,体现了消磁装置的有效性,为电力换流变压器中的剩磁研究提供一种新的测量及消磁方法。