一种结构简单的超级电容电压均衡方法

超级电容串联储能系统的单体电压不均衡会影响超级电容的使用寿命和能量利用率。现有DC-DC电压均衡方法中所采用的传统变换器电路中开关管、电感、变压器等元器件的数量较多,拓扑结构复杂。介绍了一种基于谐振变换器的电压均衡系统,其双开关、单电感的电路结构降低了电压均衡电路拓扑结构的复杂性,提高系统可靠性并通过固定频率和占空比消除了系统的控制部分。分析了电路的均衡过程,利用推导的等效电路得出电压均衡原理。通过对3个超级电容组成的串联系统进行实验测试和仿真,结果验证了均压系统具有较高的效率。     

一种新型电压均衡方法在串联储能系统的应用

超级电容串联储能系统的单体电压不均衡会影响超级电容的使用寿命和能量利用率。现有DC-DC电压均衡方法中所采用的传统变换器拓扑结构复杂,电路中开关管、电感、变压器等元器件的数量较多。采用一种基于Boost拓扑结构的电压均衡充电系统,由于其单开关、单电感的Boost电路结构降低了电压均衡电路拓扑结构的复杂性,提高了系统可靠性。分析了电路的均衡过程,利用推导的等效电路分析了电压均衡原理,并给出了恒电流输入-恒压充电方法。通过对3个超级电容组成的串联系统进行试验,结果验证了充电系统具有均较高的效率。     

超级电容储能系统中的零电压开关均压拓扑研究

为解决超级电容单体的串联均压问题,提高均压电路工作效率,提出一种新型零电压开关(ZVS)均压拓扑.在传统由开关器件和电感组成的buck-boost均压电路中增加两个小容量谐振电容,通过电容和电感间谐振实现开关器件的ZVS.在分析了本拓扑结构的开关状态,建立不同开关阶段的等效电路模型后,得出了拓扑的ZVS工作条件和能量转移原理,并由此确定了系统关键参数的设计原则.最后通过仿真和实验验证该拓扑结构的正确性与可行性,相较其他均压法电路工作效率更高,能量损失更小,且模块化扩展性好,可实现超级电容单体或模块间的快速高效均压.     

半桥变换器与多变压器次级串联的超级电容均压

针对于超级电容串联储能系统中单体电压不均衡的问题,介绍了一种基于半桥变换器和多变压器次级串联的均压电路,可利用多次级绕组减小因变压器单元漏感误差而引起的超级电容单体电压不均衡。该电路结构简单,还可以均衡超级电容器的电压,恒定开关频率和占空比时不需要反馈控制环节。通过分析半桥变换器每个工作模态,建立了输出电压方程,推导了串联超级电容电压均衡方程。根据电路特性,分析了变压器匝比设计方程及实现软开关变压器原边漏感要求。仿真及实验结果表明此均压电路具有均压速度快且均压效果好的特点。     

风电潮流优化控制系统的超电容均压策略

超级电容器是风电潮流优化控制系统中的关键储能元件之一,而高效可靠的串联均压策略是其实现中大功率场合应用的前提,为较好地实现均压效果,引入了一种超电容电压均衡控制策略的模型,并在此基础上提出了一种新颖的超电容电压均衡方法—相邻电感储能电压均衡法。该方法实时检测超电容组中各电容器电压,以电感为能量传递媒介,以半导体开关管为控制开关,将电压高的电容器能量转移到电压低的电容器中,实现了各超电容器的电压均衡。在详细介绍了该方法的工作原理后,给出了控制开关占空比的调节规律和电感参数的设计原则。最后,对两组串联超级电容器模块分别进行了仿真和实验,结果表明该方法极大地改善了超电容模块的电压一致性,电压均衡速度快、精度高,在风电潮流优化控制系统中有较高的应用价值。     

基于星型零电流开关电容的电压均衡电路

常规基于开关电容的电压均衡电路结构工作在硬开关状态,能量损失大,而且它们的均衡时间随着储能单元数量的增加而增加,为此提出一种基于星型开关电容结构的零电流电压均衡拓扑结构。该拓扑在星型开关电容结构的基础上加入了谐振电感,不仅提供任意单元到任意单元的均衡路径,而且在谐振频率处实现零电流开关;另外,该拓扑还可通过加入1个准谐振槽实现简易的模块化设计;最后,设计了由超级电容组成的样机进行实验验证。由实验结果可知:在开通与关断时流经开关管的电流均为零,电路均衡效率达94%;三单元与四单元电路的均衡时间相同;模块化设计下的六单元电路也实现了电压均衡。理论分析结果与实验结果一致,验证了所提拓扑能够:实现零电流工作和简易的模块化设计,从而降低电路损耗和成本;实现均衡时间与储能单元数量的解耦,从而提高均衡速度。     

一种混合开关电容和开关电感的新型均衡电路

储能系统中相互串联的多个储能元件之间的容量差异,会导致整个储能系统的有效容量下降.基于开关电容的主动均衡电路可以有效应对容量差异.然而,传统开关电容均衡电路的均衡速度较慢,而串并联开关电容均衡电路则需使用较多的开关器件.针对该问题,本文提出了一种混合开关电容和开关电感的新型均衡电路,并对电路中开关电容和开关电感的工作模态进行了详细的分析.最后,搭建了新型均衡电路的样机及实验平台,验证了电路的可行性,并证明其与传统开关电容均衡电路相比具有更快的均衡速度.     

基于零电压开关的超级电容均压技术

为了减少超级电容均压过程中开关器件的开关损耗,提高能量利用率和均压效率,提出了一种新型的基于零电压开关(ZVS)的超级电容均压电路。分析了电路在不同开关状态下的工作原理,推导了其不同工作阶段中电压电流的关系,建立了电路的时域电压电流模型,并分析了不同参数对电路工作特性的影响,得出了新型均压电路关键参数的设计原则,通过计算得出可以实现零电压开关的条件,利用图示法表示零电压区域。仿真和实验结果证明该方法真正实现了零电压开关,均压效率超过80%,开关损耗减少75%,显著降低了开关损耗,适用于储能系统中串联超级电容器或者蓄电池的均压。并且可以基于该均压电路为基本拓扑进行扩展,便于应用在电力系统、新能源发电中的大规模储能系统,具有较高的应用价值和较好的发展前景。     

含耦合电感倍压单元的高增益DC/DC变换器

提出一种含耦合电感倍压单元的高增益DC/DC变换器。变换器的电压增益可通过调节耦合电感的匝比得到进一步提升。由输入电感和辅助电容可组成输入电流纹波吸收电路,通过合理配置电容参数可实现输入电流的零纹波,从而可降低滤波电感体积。变换器引入耦合电感倍压单元后,开关管不直接箝位于输出高电压,因此可实现开关管的低电压应力。此外,由箝位二极管和储能电容形成的电压尖峰吸收电路可有效降低漏感引发的开关管电压尖峰。分析了变换器的工作机理和稳态特性,并推导了零输入电流纹波满足条件和参数优化方案。最后,通过一台功率为100 W的实验样机进行了可行性验证。     

基于软开关全桥逆变器的超级电容均压电路

超级电容储能元件具有功率密度大,寿命长和效率高等优点,是高功率缓冲和再生制动能量存储的首选。但串联超级电容电压不均衡是一个值得注意的问题。提出一种新的基于软开关控制的全桥逆变器和电压乘法器的动态均压电路,结构简单,自主均压,速度快,开关损耗小。针对4个串联超级电容进行了均压实验,实验结果与理论分析一致,从而论证了该电路的有效性。     

串联型电压暂变补偿新拓扑及其控制方法研究

提出了一种简化的无变压器无储能电容的串联型电压暂变补偿主电路拓扑,并分析了其控制策略。新拓扑可使电路体积减小,成本更低;通过微调指令电压与负载电流的夹角可以达到控制母线电压幅值的目的;通过给指令电压施加一个微小的直流偏移电压,可以达到控制直流上、下母线电压的平衡的目的。介绍了改进的简化主电路拓扑,详细分析了其工作原理和控制方法。仿真结果验证了该方案的可行性和分析的正确性。     

半桥三电平双有源桥不对称均压控制策略

半桥三电平双有源桥(HBTL-DAB)电路工作时必须解决三电平侧上下直流母线电容均压问题,在传统对称控制模式中,可通过微调占空比的方法,实现带载情况下的电容电压均衡控制。然而在空载情况下,对称控制模式难以从控制策略上实现上下直流母线电容电压的均衡调节。针对该问题,文中提出一种针对HBTL-DAB电路的不对称控制方法,首先从理论上分析对称模式不能均压的原因,进而根据不对称方法计算空载时上下直流母线电容分别在正负半周期内传输的能量偏差。通过调节该能量偏差实现上下直流母线电容电压的均衡控制,并同时指出影响电压均衡控制效果的主要因素。最后通过仿真,对所述不对称控制方法在多种工况下的运行情况进行验证。结果表明,无论是外部持续存在不平衡因素的工况、只存在初始不平衡因素的工况,还是内部存在脉冲误差的工况,不对称控制方法都能实现空载和带载时的电压均衡控制。     

Buck变换器电流和电压跟踪型软起动电路设计

提出了电流跟踪型和电压跟踪型两种软起动方式的概念,分析了其工作原理.介绍了两种新型的电压跟踪型外部软起动电路,即前馈电容软起动电路和基于外部运算放大器软起动电路.阐述了这两种电路的工作原理和优缺点,并详细说明了它们的设计方法.同时介绍了3种常用的基于二极管或三极管电流跟踪型外部软起动电路.最后给出了相火的测试结果和实验的波形.     

一种基于混合Buck/Boost电路的两级式逆变器功率解耦方法研究

针对传统两级式逆变器由于输入输出功率不平衡所带来的二次功率扰动问题,提出了一种六开关的混合Buck/Boost电路,并联在逆变器交流输出侧进行功率解耦,从而抑制母线电压和直流侧电流中的二次纹波,并将大电解电容替换成小容量和长寿命的薄膜电容。混合Buck/Boost电路可以处理双向变化的脉动能量,通过脉冲能量调制法(Pulse Energy Modulation,PEM)计算每个开关周期的开关占空比,实现对脉动功率的解耦控制。分析了混合Buck/Boost电路的四种工作模式,推导了PEM控制原理。使用Matlab/Simulink平台搭建仿真模型进行验证,结果证明了方法的合理性和有效性。     

基于电压倍增电路的超级电容均衡控制策略研究

针对轨道交通再生制动能量回馈吸收利用系统的超级电容器储能系统,研究和设计了一种超级电容均衡模块,用于减少甚至消除超级电容器模块间存在的电压不均衡,以此来有效提高超级电容器储能系统的电容容量利用率,并延长其寿命。模块采用一种新的二级式倍压均衡电路,无需对模块电压进行采样,避免了复杂而庞大的采样和控制电路,大大提高了电路的稳定性。本文具体分析了所研究均衡电路的结构和工作原理,论证了该电路的特点和优势。结合超级电容器储能系统的应用背景设计了电路,进行了仿真研究,验证了这种电压均衡控制模块的可行性。     

三相四开关APF的SVPWM优化策略研究

针对三相四开关并联型有源电力滤波器(TFSAPF)的直流侧电容电压变化问题,通过分析不同开关模式的电路结构,总结了直流侧电容电压变化的原因,并给出了TFSAPF4个模值不全相等的有效空间电压矢量对直流侧电容电压的影响。提出了通过检测电容电压差值和电容电流方向来选择不同的等效零矢量以平衡直流侧电压的SVPWM优化策略。针对直流侧中点电位偏移问题,设计了一种基于检测电容中点电流平均值的直流侧电压偏置补偿器。相关的仿真与实验结果均证明了该SVPWM优化策略的可行性和有效性。     

基于模块化结构的电气化铁路统一电能质量控制器

提出了2种基于模块化结构的铁道统一电能质量控制器主电路拓扑,2种拓扑交流侧均采用链式结构,具有良好的谐波特性。针对链式结构变流器存在的直流电压平衡问题,建立了所述拓扑中电容电压的数学模型,并对现有各种直流电压平衡控制策略的优缺点及存在有功功率双向流动的背靠背变流器的适用性进行了分析。结果表明,电容电压中的直流分量分别与吸收和发出有功功率侧变流器的调制比成正相关和反相关的关系。最后,给出了铁道统一电能质量控制器装置级控制策略,并通过仿真实例证明了所述拓扑和控制策略的正确性。     

三电平直流变换器的交错式PWM方法

三电平结构可将开关管的电压应力箝位于输入电压的一半,因此在高输入电压场合得到了广泛应用。为保证三电平变换器的正常运行,输入分压电容和隔直电容上的电压必须基本平衡,而实际电路中驱动电路延时不一致等问题可能导致电压失衡。本文提出了一种具有更强均压能力的脉冲宽度调制PWM(pulse width modulation)方法 ,该方法通过交错使用两种传统的PWM方法实现。交错式PWM方法将隔直电容电压与输入分压电容电压解耦,同时保证前者一直维持在理想值附近,大大简化了采样电路和均压策略,因此只需要调节驱动信号间的相位差便可以实现电压平衡。实验结果验证了所提调制方法和均压策略的有效性。     

混合9电平逆变器的H桥电容电压平衡控制

混合9电平逆变器是一种新型的多电平拓扑结构。文章在研究了H桥逆变电路直流电容电压充放电模型的基础上,得到了负载电流与电容电压变化之间的定量计算公式,进而详细分析了混合9电平逆变器H桥辅助逆变电路电容电压不平衡的内在机理,最后提出了一种基于电容电压不平衡预估计和零序电压注入的平衡控制方法。所提方法原理简单,实现容易,无需增加额外的硬件设备。通过仿真验证了在混合9电平逆变器的参考电压中注入零序电压后,混合9电平逆变器的H桥逆变电路电容电压得到平衡控制。