电力电子变压器非正序电压补偿控制策略

三相不平衡是配电网常见的扰动之一,它会使电力电子变压器内部级联模块产生功率偏差,破坏高压直流链路层各个级联模块功率平衡,导致直流母线电压波动。传统解决方法多采用功率反馈型被动控制策略,这里通过对级联型电力电子变压器并网逆变器直流链路层三相功率方程的分析,提出主动补偿序电压调节三相功率流动方法,目的是使三相功率重新平衡,保持直流母线电压稳定。还分析了零序电压补偿法和负序电压补偿法的作用机理,简要讨论了两种方法在实际应用中的差异。仿真及实验分析表明,序电压补偿法具有良好的跟踪控制性能,响应快,且具有抗干扰能力强、暂态性能优越等特点。     

一种级联电力电子变压器直流电压平衡控制策略

基于功率反馈的双闭环功率均衡策略是级联型电力电子变压器隔离级DC-DC变换环节的一种典型控制策略。该策略优点之一是控制过程中明确了变换器传递功率指令这一变量,可以通过对其作处理来调节隔离级传递功率,进而实现多种功能。基于此提出一种改进的整流电压平衡控制策略,在DC-DC变换器各级单元功率指令上引入相应前级整流电压偏差补偿量,通过调节隔离级各单元功率分配以自动实现整流侧直流电压平衡。最后通过仿真与实验验证了这种功率指令补偿式电压平衡策略的有效性。     

负载不平衡电力电子变压器直流电压平衡控制策略

电力电子变压器网侧级联H桥整流器需采用中大功率高压直流电容器来维持直流电压稳定,因此如何稳定直流侧电容电压以及降低电容容值尤为重要。文中首先建立级联H桥整流器平均数学模型,依据瞬时功率平衡推导出直流侧电容谐波数学模型并进一步分析对电路产生影响。提出一种基于陷波器滤波算法用于动态检测并抑制直流电容电压倍频干扰,在不增加直流电容器情况下实现降低直流电容和抑制直流电压振荡,同时采用载波移相调制算法引入脉冲补偿机制实现电压平衡控制。最后通过MATLAB/Simulink仿真平台验证,结果表明,所提控制策略有效地抑制谐波稳定直流电容电压输出平衡。     

兼顾电压波动抑制的级联H桥STATCOM相间电压平衡控制策略

针对三相级联H桥STATCOM传统三层电容电压平衡控制中,相间电压均衡控制动态性能较差,易对电网造成污染等问题,提出了一种基于模型预测控制兼顾电压波动抑制的相间电压平衡策略。与传统控制相比,该控制策略构建了包含相间电压均衡与直流侧波动抑制的新型价值函数,并基于此函数动态调节注入的零序电压,利用零序电压在剩余调制电压区间内连续的特点,提高级联H桥STATCOM相间平衡的动态性能,同时在一定程度上抑制了直流侧电容电压的波动。所提零序电压注入方案利用系统的剩余调制电压,使系统无需对注入的零序电压进行限幅处理,有效避免过调制问题,简化了控制系统。在五电平星型级联H桥STATCOM实验平台上进行实验验证,结果表明基于模型预测控制的级联H桥STATCOM相间电压均衡方案在提升相间均压的动态性能与直流侧电压波动抑制方面具有显著效果。     

级联式电力电子变压器混合脉宽调制谐波分析及均衡控制

针对基于级联H桥及隔离双向DC/DC变换器的电力电子变压器,提出一种混合工频和高频调制的混合脉宽调制(HPWM)策略。基于波形合成原理及双重傅里叶积分方法,对5电平级联H桥HPWM输出电压频谱表达式进行了理论推导,并与载波移相调制时输出电压谐波特性进行对比。结果表明HPWM输出电压波形仅含有基波与载波边带谐波,在不增加谐波总畸变率的同时可降低系统开关频率。为解决HPWM时各模块开关模式不对称造成的中间直流电压不均衡问题,提出一种前级级联H桥采用开关函数轮换控制与后级隔离双向DC/DC变换器电压反馈加前馈控制相结合的子模块均衡控制策略,有效确保子模块功率及电容电压处于相同的动态变化范围。仿真和实验结果验证了HPWM谐波分析的正确性及所提控制策略的有效性。     

基于线性自抗扰控制的单相电力电子变压器整流级控制策略

针对电力电子变压器的非线性特性,传统PI控制的单相电力电子变压器整流级具有对参数变化敏感,响应速度慢,抗扰性能差的特点。提出了一种基于线性自抗扰控制(line active disturbance rejection control, LADRC)的电压环控制策略,该控制策略具有响应速度快、超调量小、鲁棒性强的特点。在仿真软件MATLAB/Simulink中通过搭建三级联H桥整流器模型进行仿真,并与传统PI控制器相比较,仿真结果表明所采用控制策略的优越性、有效性。     

电力电子变压器公共冗余结构及容错控制策略

电力电子变压器(PET)包含大量电力电子器件,其子模块故障率相对较高,严重影响了供电可靠性.为提高级联H桥型PET的可靠性及容错能力,针对级联H桥的结构及运行特点,提出了 一种双子模块公共冗余结构.该结构通过双向开关切换阵列灵活切换2个冗余子模块之间的连接方式,能够在PET内部任意单子模块和双子模块故障情况下实现备用功...     

一种三相级联型电力电子变压器及其控制策略研究

针对直流微网的并网问题,设计一种三相级联型电力电子变压器,高压交流输入级采用星 形级联型 H 桥拓扑,低压直流输出级使用输出并联的隔离式双向主动全桥结构。在直接接入交流 配电网的同时,为分布式能源提供了一个稳定的直流接口。文中针对两级分别设计了闭环的控制 方法,特别是对于高压级的星形级联型拓扑提出了一种简单的相间和相内直流侧平衡控制方法。 通过仿真和实验验证了上述拓扑结构和控制策略的可行性和有效性。     

模块化电力电子变压器的设计与实现

基于级联H桥拓扑的模块化电力电子变压器(Power Electronic Transformer,PET)具有最优的灵活性和功能扩展性,是PET中研究最为广泛的一种拓扑结构,但是其高压工程样机的实现具有一定的难度。本文研究了10k V/400V模块化电力电子变压器的设计与实现方法,考虑PET内部高低压隔离因素重新进行了三级结构划分,高压级联模块利用无锁相环控制消除电网电压波动引起的输入电流相位误差,研究了模块化的控制系统设计方法。研制的工程样机接入10k V配网进行了实验,各工况下的实验波形和数据分析验证了所提设计方法的正确性与有效性。     

单相级联H桥整流器电压平衡控制策略

以无工频变压器牵引传动系统前端的单相级联H桥整流器(CHBR)为研究对象,构建了其数学模型,在电压电流双闭环控制策略的基础上,引入无锁相环技术,改进瞬态电流控制策略。实现了系统发生扰动时,网侧电流对电压相位频率的快速精确追踪。进一步地,对传统附加平衡电压控制策略加以改进,增加模糊控制技术,解决了CHBR在非理想电网或负载大范围投切载时,存在的直流侧各级电容电压不平衡、压差大等问题。最后,利用MATLAB/Simulink进行仿真,对所提策略在CHBR运行时的快速响应和抗干扰能力进行了验证。     

级联型电力电子变压器电压与功率均衡控制方法

对于模块级联型电力电子变压器,如果整流级直流输出电压不均衡或各双有源DC-DC变换器(DAB)模块传递的功率不均衡,可能导致开关器件电压或电流应力分配不均。因此提出在整流级采用电压均衡控制,在DAB级采用功率均衡控制来解决整流级输出电压的不均衡问题和因各DAB模块参数不匹配导致的功率不均衡问题。对于该功率均衡控制,是利用各整流模块占空比的有功分量作为反馈量来调节各DAB模块占空比实现的。电压均衡控制与功率均衡控制共同作用,以使系统达到整流级直流输出电压均衡和各DAB模块功率均衡的目的。此外,该功率均衡控制可以很容易由DSP实现,且不需要任何电流传感器。该控制方法已得到仿真验证,并在模块级联型电力电子变压器实验平台上得到实验验证。     

适用于PET的负载电流前馈控制策略

电力电子变压器(power electronic transformer,PET)由级联H桥(cascaded H-bridge,CHB)和双有源桥(dual active bridge,DAB)变换器级联组成,当发生负载突变时,PET的高、低压直流母线电压存在较大波动,无法迅速达到平衡。为了解决此问题,提出一种适用于级联系统的负载电流前馈控制策略。该策略由DAB级和CHB级的负载电流前馈2部分组成。前者是通过低压侧负载电流计算得到DAB级的补偿移相角,后者则考虑级联系统的输入输出功率守恒,将负载电流直接前馈到CHB级。同时,考虑到CHB级电流内环的延迟,CHB整流级采用一阶微分与功率均衡相结合的电流前馈控制策略。所提控制策略只需要采样低压直流母线负载电流,极大程度地节约了系统成本,且操作简单,易于实现。仿真和Starsim实验验证了所提控制方法的正确性和有效性。     

三相模块级联型固态变压器均压/均功率控制策略研究

三相固态变压器是适用于智能电网的一种新型的智能电力电子设备,一般包括整流输入级、双有源桥DAB(dual active bridge)直流级和逆变输出级。为解决固态变压器在大功率传输和高输入交流电压工作条件下的高频功率开关管电压电流应力问题,一般采用多模块级联的拓扑结构,但这种拓扑给固态变压器带来了模块间的电压和功率不平衡问题和导致开关管过压过流及电网电流谐波增加等问题。为解决三相模块级联型固态变压器电压、功率的不平衡问题,提出一种新颖的控制策略。输入整流级采用一种基于共同占空比的三相dq0控制策略以保证输入交流电流三相对称,DAB级采用一种基于电压跟随的移相控制方法以实现模块间电压平衡,两级控制策略相配合以实现各模块间电压、功率平衡。仿真和实验均验证了所提控制策略的可行性和有效性。     

级联型电力电子变压器三相电压暂降隔离能力分析

级联型电力电子变压器(PET)在中低压配电网应用前景广泛,深入研究其电压暂降隔离能力,对于其器件参数选择、储能容量配置、减少电压暂降治理装置配置等工作具有重要价值。文中通过理论推导,研究了级联型PET电压暂降隔离能力的限制因素:针对输入级,深入研究了调制比、直流链电容电压波动以及开关器件电流有效值限制对其电压暂降隔离能力的影响;针对隔离级,详细分析了移相比、开关器件电流有效值及峰值限制对其隔离直流链电压跌落能力的影响;明确了不同设计参数下输入级和隔离级电压暂降隔离能力的主要限制因素,并建立了级联型PET电压暂降有效隔离区域。最后,通过仿真验证了研究结果的正确性。     

级联H桥中压储能系统离网控制策略

在高压大功率储能应用场景中采用中压储能系统相对低压储能系统具有更高的效率。目前基于级联H桥的中压储能系统研究较多,但已有研究多集中于并网运行,离网控制研究较少。该文对基于级联H桥的模块化多电平中压储能系统的离网运行控制进行了阐述。建立了级联H桥中压储能系统的离网模型,提出了包含交流电压外环和电流内环的中压储能系统离网电压控制策略,并针对离网运行时单相负载较多,三相电压容易不平衡的问题,提出了三相电压不平衡补偿控制方法。搭建了MATLAB/RT_LAB实时仿真系统,对上述控制进行了仿真验证。结果表明,三相负载平衡时,负载端电压保持恒定,电流内环跟踪精确;三相负载不平衡时,经电压不平衡补偿后,负载端的三相电压仍然能保持平衡,负载三相电流则随三相负载的大小而不同,仿真证明了该文提出的级联H桥中压储能系统离网控制策略的有效性。     

零序和负序电压注入的级联型并网逆变器直流侧电压平衡控制

级联型并网逆变器可以无变压器并入高压电网,并且具有容量大、效率高等特点,对配合可再生能源大规模并网和增强电力系统稳定性具有重要的意义。但级联结构中存在直流侧平衡问题,这严重影响到装置的输出性能和可靠性。针对三相星型结构中的相间直流侧不平衡,在并网逆变器注入零序和负序电压的情况下,推导出其各相有功功率的数学模型并对比功率调节能力,提出一种结合零序和负序电压注入的相间直流侧平衡控制方法及其适用条件,较好地解决了直流侧平衡问题,兼顾了装置性能和功率调节能力。通过仿真和实验验证了该方法的有效性和可行性,实验结果表明,该方法即使在电网电压不平衡的条件下,也可以保证相间直流侧平衡。     

级联H桥SVG直流侧电容电压平衡控制方法

直流侧各模块电容电压的稳定控制是保证级联H桥静止无功发生器(static var generator,SVG)正常运行的重要条件。推导了级联H桥SVG与电网交换的有功功率数学模型,得出了相间与相内各模块吸收有功功率的关系,总结了相内各模块直流侧电容电压不均衡的原因。为解决由脉冲延时造成的级联H桥SVG直流侧电容电压不平衡,提出了在全局调制信号的基础上叠加一个与补偿电流同向的有功电压来动态调节各模块有功功率的方法,并运用有功–无功解耦全局控制策略保证SVG设备实时无功补偿。仿真结果验证了所提方法的有效性。     

三相固态变压器功率平衡控制策略研究

固态变压器作为现代智能电网的关键设备之一,得到国内外电力电子与电力系统等领域学者的广泛关注与研究。低电压/功率等级的模块级联型结构减小了在高电压/功率的传输时开关管电压电流应力。然而,这种拓扑结构引入模块之间电压/功率不平衡问题,可能产生开关管过压、过流及电网电流谐波增加等影响。分析了一种新颖的整流级共同占空比控制、中间级电压跟随控制、逆变级PR控制的三相固态变压器均压均功率系统控制策略以及可能影响电压及功率平衡的模块参数,理论与仿真验证该系统控制策略有效性。三相15 kW原理样机验证控制策略可实现输入侧单位功率因数、电压功率平衡及能量双向传输功能。     

基于最小有功注入策略的新型级联H桥逆变器动态电压恢复器

基于最小有功注入策略,提出一种新型的动态电压恢复器(dynamic voltage restorer,DVR)结构,其主要结构由基本的级联H桥逆变器和并联的晶闸管开关电感组成。文章分析了新型DVR的电路拓扑和基本原理,推导了最小有功注入策略,分析了DVR的补偿能力和负载功率因数的关系,并设计了合适的控制系统。仿真结果表明,新型DVR可以处理更严重和更长时间的电压跌落,大大减少了DVR的有功注入。