直流电流复注变换式STATCOMEI北大核心CSCD

为了解决大功率应用场合中传统电流源型变换器与交流电网连接时涉及交流侧感性储能缓冲问题,在传统并联式三相12脉波电流源型变换器直流侧设计一种基于分流电感的直流电流复注变换电路,并以此构造一种新型STATCOM系统。在分析电路结构的基础上给出开关触发时序,获得理论波形;根据系统的等效电路推导数学模型,并提出无功功率控制方法;通过仿真和实验,验证所提电路结构和无功控制方法的可行性与正确性。结果表明:新型STATCOM输入输出性能优良,无需设置入网接口缓冲交流电容器即可保证三相交流电流的连续,无需滤波即可获得高质量的电流波形;根据控制角度命令,STATCOM系统能准确调整输出电流的相位,输出相应的容性无功或感性无功,具备自由调节无功功率的能力。     

直流电流复注变换式STATCOM

为了解决大功率应用场合中传统电流源型变换器与交流电网连接时涉及交流侧感性储能缓冲问题,在传统并联式三相12脉波电流源型变换器直流侧设计一种基于分流电感的直流电流复注变换电路,并以此构造一种新型STATCOM系统。在分析电路结构的基础上给出开关触发时序,获得理论波形;根据系统的等效电路推导数学模型,并提出无功功率控制方法;通过仿真和实验,验证所提电路结构和无功控制方法的可行性与正确性。结果表明:新型STATCOM输入输出性能优良,无需设置入网接口缓冲交流电容器即可保证三相交流电流的连续,无需滤波即可获得高质量的电流波形;根据控制角度命令,STATCOM系统能准确调整输出电流的相位,输出相应的容性无功或感性无功,具备自由调节无功功率的能力。     

单相电流型PWM逆变技术综述

在分析了传统单相电流型PWM逆变器固有缺陷的基础上,系统地论述了从电路拓扑、控制策略等方面提出的多种解决其缺陷的方案,并给出了设计实例与特点,获得了重要结论。电路拓扑方面的解决方案包括差动双向Boost直流变换器型逆变器、组合式Boost/Buck/Buck-Boost逆变器、附加反激AC-DC能量回馈电路的单相电流型高频环节逆变器等,具有满足Boost变换器控制规律、电路复杂、损耗大等特点;控制策略方面的解决方案包括具有补偿环节的非线性调制控制策略和无源性控制策略等,具有输出波形质量高、储能电感大等特点;电路拓扑和控制策略两方面的解决方案包括输入侧串并联谐振器的单相电流型逆变器、具有储能电感电流限定非线性PWM单周期控制单相电流型逆变器等,具有输出波形质量高、储能电感小、变换效率高等特点。     

大功率电流型光伏并网换流器的拓扑与控制

为克服电压源型换流器在大功率光伏并网系统应用中存在的缺陷,结合谐波注入技术和多电平技术提出了既能够并网发电、又能实现无功补偿和抑制谐波电流的大功率单级式电流源型光伏并网换流器拓扑。首先分析了该拓扑的结构及工作原理,构建了该系统的数学模型;然后提出了适用于该系统的非线性控制策略,重点分析了全局线性化的处理方法;最后在PSCAD平台搭建了仿真模型。仿真结果验证了该拓扑结构和控制策略的有效性。     

基于反馈线性化控制的级联H桥SVG的控制

级联H桥静止无功发生器(SVG)在两相同步旋转dq坐标系下的数学模型是多变量、非线性、强耦合的。通过非线性状态反馈变换使SVG实现状态反馈线性化,SVG降阶为线性系统,从而实现有功和无功分量的解耦。首先判断该系统数学模型是否符合状态空间精确线性化的充要条件,若满足条件则确定输出函数,对SVG系统电流环进行状态空间精确线性化,并对系统进行稳定性分析。为了验证控制策略的稳态和动态性能,搭建MATLAB仿真模型和10 k V实验样机。仿真和实验样机的实验结果表明:采用所提算法,SVG无功补偿精度较高、稳态特性好、动态响应较快。     

带有源缓冲的单级单相电流型逆变器

为了实现单级升压逆变,提出了一种带有源缓冲的单级单相电流型PWM逆变器,及其状态量限定下的输出电压反馈复合单周期控制策略,并对构成这种逆变器的电路拓扑、控制策略、关键电路参数设计、系统建模和仿真等进行了深入分析和研究,获得了重要结论。该逆变器电路拓扑主要由储能电感、有源缓冲电路、电流型单相逆变桥构成,存在三种工作模式和四种电路模态,通过三种工作模式的灵活切换达到限定储能电感电流和缓冲电容电压等状态量的目的,通过前馈储能电感电流和反馈输出电压的复合单周期控制实现输出正弦电压的稳定。1 kVA 100 V DC/220 V 50 Hz AC逆变器的原理实验结果表明,所提出逆变器能实现单级升压逆变,具有输出电压波形质量高、负载适应能力强和动态性能好的优点。     

LCL并网滤波器的非线性阻尼控制

为提高LCL滤波并网变换器的控制性能,提出一种基于反馈线性化的LCL并网滤波电路级联非线性有源阻尼控制策略。该策略在三相LCL滤波并网变换器的仿射非线性模型基础上,采用级联的状态反馈线性化非线性控制方法,通过变换器网侧和桥臂侧有功电流、无功电流的全局线性化精确解耦控制,实现LCL滤波器的有源阻尼。所提非线性级联控制策略可消除LCL滤波电路的谐振尖峰,提升并网变换器的整机控制性能。仿真和实验验证了该控制策略的正确性和可行性。     

变频转恒频电源控制系统设计

在AC-DC-AC变换器的基础上,提出对输入AC-DC变换器交流侧加大电感的拓扑结构和解耦PWM控制,实现桥式Boost型变频环节的AC-DC变换;对输出DC-AC变换器采用三相桥式结构拓扑和电压电流双PI调节器PWM控制,实现中间直流环节的DC-AC变换,得到需要的恒定频率三相电源。深入分析了其控制策略的正确性和可行性,给出了关键电路参数与仿真结果,并设计了硬件电路。     

两种高频交流环节AC/AC变换器比较研究

新颖的高频交流环节AC/AC变换器,包括基于Forward变换器的电压源型和基于Flyback变换器的电流源型两种。首次对两种高频交流环节AC/AC变换器的电路结构与拓扑、控制策略、原理特性、关键电路参数设计准则、原理样机等进行了深入的比较研究,获得了重要研究结论。相对于电压源型,电流源型变换器具有电路拓扑更简洁、输入电压范围更宽、输出波形质量更高、可靠性更高、成本更低、变换效率略低和适用于小功率变换场合等特点。两种高频交流环节AC/AC变换器的比较研究,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关键的技术依据。     

一种动态无功电流补偿装置研究分析

模块化电路结构是应用于UPS、大功率电源、高压直流输电等的新型换流器拓扑。本文研究了基于模块化电压源换流器的静止同步补偿器,分析其电路结构和工作原理,经过对单相无功补偿系统的分析,研究了一种动态无功电流检测算法,直接采样电压和电流瞬时值,依据三角变换推导出无功电流的动态幅值,同时给出了系统直流侧和交流侧的控制方法,在完成理论分析的基础上进行了仿真试验。结果表明,模块化STATCOM具有输出波形好、动态无功电流补偿速度快的优点。     

全桥升压型高频环节AC/AC变换器

首次提出了全桥升压型高频环节AC/AC变换器电路拓扑,它是由储能电感、输入周波变换器、高频变压器、输出周波变换器以及输入、输出滤波器构成.深入分析研究了这种变换器的稳态原理与移相控制策略,获得了输出电压、储能电感电流、高频变压器匝比、储能电感、输出滤波电容等关键电路参数的设计准则.理论分析结果表明,这种变换器具有高频电气隔离、电路拓扑简洁、两级功率变换(LFAC-HFAC-LFAC)、双向功率流、变换效率高、网侧功率因数高、负载适应能力强、负载短路时可靠性高等优点,为优良性能的正弦交流稳压器、调压器、电力电子变压器和同频波形变换器奠定了关键技术基础.原理实验结果证实了这种变换器的可行性.     

并联电感型混合有源滤波器及其控制策略

提出一种适用于三相电路的并联电感型混合有源滤波器拓扑结构,对其工作原理进行分析,并对这种拓扑结构下的3种控制策略进行比较研究,通过电路的等效变换,揭示出各种控制策略下有源滤波器的作用。该混合有源滤波器的有源部分通过单相变压器与附加电感并联后再与无源滤波器串联,最后并入电网。附加电感提供了基波电流通路,控制有源滤波器为谐波电流源,就可以迫使基波电流流入附加电感,而有源滤波器仅流过谐波电流,从而有效降低了有源部分的容量,使之适用于大功率场合。通过仿真和实验,证明新型混合有源滤波器可以有效抑制谐波,3种控制策略中以复合控制的滤波效果最好。     

用于低压领域的单相SVG控制系统与电路设计

针对静止无功发生器(Static Var Generator,简称SVG)在低压领域动态无功补偿中的应用,提出了一种适合单相桥式电压源型SVG的无功电流控制策略。介绍了基于这种控制策略的控制系统设计及电路实现方法,并通过实验验证了这种控制策略和控制系统以及电路设计的有效性和实用性。所设计的控制系统全部采用硬件电路来实现,电路具有简单、可靠、抗干扰能力强、实用及成本低廉的特点。     

三电平结构SVG输出电流谐波分析及滤波器设计

研究三电平静止无功发生器主电路结构与调制方法。对三电平SVG输出电流谐波与纹波电流进行分析并利用双重傅里叶变换推导出三电平SVG输出电流公式并计算输出电流纹波。通过对输出电流纹波的计算,可以知道在达到相同电流纹波要求的情况下,三电平SVG输出滤波器逆变器侧电感值仅需要二电平时的2/3。在此基础上根据装置无功补偿能力、谐波抑制要求以及三电平SVG输出电流特点提出一种三电平SVG输出滤波器设计方法,使其在满足无功补偿能力的前提下,采用较小的电感实现较好的滤波效果。最后通过仿真与实验证明提出的设计方法的可行性。     

基于直流侧储能电感电流最优给定的三相电流源型逆变器控制策略

传统三相电流源型逆变器在空间矢量调制过程中,直流侧储能电感电流在一个载波周期内通常被视为恒定,忽略了储能电感的充放电过程,导致储能电感电流出现断续或持续增加的问题。首先对传统三相电流源型逆变器直流侧拓扑做出改进,深入分析调制过程中电流源型逆变器的三种工作模式,提出任意工作条件下储能电感电流最优给定值的计算方法,并针对改进拓扑设计调制策略以维持储能电感电流的稳定。然后,建立两相旋转坐标系下三相电流源型逆变器的交流侧数学模型,据此设计电压内环与电流外环闭环控制系统。仿真和实验结果表明,直流储能电感的最优给定电流能够满足交流侧的电流需求且电流可以维持在限定值附近,同时逆变器负载电流能够精确跟随给定,系统具有良好的稳态和动态性能,证明了所提调制及控制策略的可行性与正确性。     

12脉波整流电路在直驱型风力发电系统中的应用研究

描述了适用于直驱型风力发电系统整流变换的12脉波整流电路。该电路拓扑中采用两个六脉波整流桥串联,并通过移相变压器实现12脉波输出。其交流侧可以得到THD值小于3%的正弦电流。该拓扑结构只使用无源器件,并且在达到同样性能的前提下比其他整流电路所用器件少很多,降低了成本。此外,与其他多脉波整流器相比,可以附加一个额外的低功率谐波注入电路以提高该拓扑结构抑制谐波的性能。     

具备零电流开关与谐波抑制的电流源型变换器新拓扑

为了克服传统电流源型变换器(current source converter,CSC)交流侧需要加装大容量交流电容器作为缓冲装置的缺点,将直流电流分配电路与传统并联式12脉波CSC相结合,研究了一种可以省去交流电容器并能有效抑制谐波的并联式7电平电流注入式电流源型变换器拓扑。该拓扑具有以下特点:通过开闭直流电流分配电路中的开关元件,将直流电流变换成2路幅值相同、相位互差30°、6倍于基波频率、7电平阶梯形周期变化且具有零值区间的三角波注入电流,两主桥开关元件在注入电流的零值区间内进行切换,实现了零电流开关(zero current switching,ZCS);变换器交流侧不需要配置大容量交流电容器,降低了设计成本,提高了系统的可靠性;主桥开关频率为50Hz的前提下,利用7电平阶梯形三角波注入电流可增加交流输出电流的电平数,改善了电流波形的谐波特性,使交流输出电流近似正弦波。另外还详细分析了新拓扑的工作机理,在PSCAD/EMTDC平台进行了仿真研究,搭建了实验平台,通过实验验证了理论分析的正确性和可行性。结果表明,所提出的新拓扑性能优良,结构简单,具有实用价值。     

一种新型超导储能多模块并联的电流型多电平变流器

提出一种新型的超导储能多模块并联的电流型多电平变流器结构,该类拓扑结构是由多个三相六开关变流器模块和若干个分流电感组成,通过分流电感将直流侧总电流分成若干个电流等级来获得多电平的输出电流。为说明新拓扑的工作原理和结构性能,文中针对该类5电平变流器电路的开关状态、均流方法以及SPWM调制策略均进行了详细的分析。结果表明,该类拓扑具有冗余开关组合,并且变流器直流侧分流电感电流的均衡问题可以通过检测电感电流大小以及交流侧线电压极性来选择合适的冗余开关组合得以解决。文中采用载波相移SPWM技术对新拓扑进行调制,使得该类变流器在较低的开关频率下获得输出等效高频载波的效果,最后给出了该类5电平变流器的实验结果。     

一种单相级联型SVG的改进电流控制方法

单相级联型静止无功发生器(SVG)作为一种理想的动态无功补偿装置,快速的电流跟踪速度及直流侧电压平衡是其控制的难点。提出了单相级联型SVG的整体控制策略,针对传统单相电流跟踪控制存在的不足,改进传统电流内环解耦方法中的电流延时构造方法,两相静止坐标系中卢轴电流分量直接由与实际电路等效的虚拟卢轴闭环控制得到,在d,q旋转坐标系下采用PI控制即可实现无功电流指令的快速无静差跟踪,提高了系统的动态响应速度;采用电压排序的直流侧电压平衡控制方法,保证了级联型SVG正常工作模式下各模块间的直流侧电压平衡。搭建了仿真平台及实验样机,仿真和实验结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

大功率强迫换相电流注入多级变换器新拓扑

工程应用中,大功率变换器大都采用电压源型变换器.为解决常规电流源变换器所遇到的难题,提出了一种注入式多电平电流源型大功率变换器.基于直流侧注入阶梯电流,采用交流侧输出理想正弦交流的注入方法,对变换器注入开关时序、交流侧输出电流和直流侧注入电流变化规律进行分析.研究结果表明,该变换器主电路功率器件的开关频率为工频,降低了开关器件的动态损耗;主桥功率器件在零电流时换相,实现了真正意义上的软开关技术;变换器交流侧不需安装滤波装置就能输出高质量的电流波形.