适用于中高压配电网的高功率密度谐振型级联H桥固态变压器

现有中高压配电网固态变压器(SST)拓扑,其电容、模块、IGBT与高(或中)频变压器用量大,成本高,功率密度低。在现有级联型SST拓扑基础上,提出一种适用于中高压配电网的高功率密度谐振型级联H桥固态变压器(RCHB-SST)拓扑。RCHB-SST拓扑利用串联谐振的选频作用,实现了一台高频变压器对应多个H桥模块的特殊结构,较传统中高压配电网SST拓扑,能有效减少电容器、模块、IGBT和高频变压器用量以提高功率密度,同时模块的减少和DC-DC环节采用开环控制有利于控制系统的简化。分析RCHB-SST工作原理,建立RCHB-SST的数学模型,提出RCHB-SST的控制策略和模块电容值计算方法,并进行了仿真证明。     

基于高压碳化硅器件的三相固态变压器拓扑及其在电网电压不平衡下的控制

作为智能电网应用中的关键设备,固态变压器(SST)在未来电力系统中占有重要地位。为解决三相模块级联型固态变压器拓扑复杂、控制困难、需要解决模块间均压均功率等问题,采用简单的基于高压碳化硅(Si C)器件的三相固态变压器拓扑,其中整流级采用简单的三相电压型PWM整流器的常规拓扑,因而具有很强的现实意义。建立三相Si C-SST拓扑的数学模型,并对电网电压平衡下的控制策略进行分析,同时在电网电压不平衡时,采用抑制SST交流输入侧负序电流的控制策略。通过PSIM仿真证明了两种控制策略的可行性与正确性。最后基于Si C器件搭建了实验平台,对SST的前端整流级进行了实验验证。     

基于虚拟同步发电机的固态变压器交流端口柔性控制策略研究

固态变压器(solid state transformer, SST)能实现传统电力变压器的变压、隔离作用,还可实现灵活的电能调控作用,但不具备传统同步发电机的机械特性及同步运行机制。当分布式电源经SST接入电网时,由于其出力的随机性和波动性,将对上级电网造成冲击,导致电网电压/频率波动。提出一种基于虚拟同步发电机的SST交流端口控制策略。首先,建立模块化多电平型输入级和同步发电机等效模型,将虚拟同步发电机原理融入输入级控制策略,以提高SST并网端口的电能质量、惯性及阻尼特性,并使其具备参与电网调频、调压能力。其次,提出储能装置辅助调频控制,保障SST参与一次调频时低压系统负载功率消耗平衡。最后,确立了输出级虚拟同步发电机控制策略,以提高低压交流端口负荷功率响应特性,实现SST对上级电网的友好性。在Matlab/Simulink平台搭建仿真模型,验证了所提SST拓扑结构及其控制策略的正确性和有效性。     

三相三线制高频隔离型固态变压器的瞬时空间矢量PID控制方法研究

固态变压器是一种含有电力电子变换器且通过高频变压器进行磁耦合的变电装置.它不仅能够实现电力系统中的电压变换、能量传递,还可以灵活控制变压器一次侧、二次侧的电压幅值和相位.此外,它能使系统具有更高的稳定性,实现更加灵活的输电方式,整合各种交直流分布式电源,以及实现电力市场下对功率潮流的实时控制.基于固态变压器的AC-DC-AC电路拓扑结构,提出了一种三相三线制高频隔离型固态变压器的实现方案,分析了该固态变压器输入级、隔离级、输出级的控制策略,并利用Matlab/simulink建立了10kV/380V仿真模型,仿真结果表明,提出的SST的实现方案和控制策略对10kV系统的电压、功率、频率控制效果良好,能有效改善电压特性,提高系统的稳定性.     

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。     

基于光伏电源支撑的多端口固态变压器故障穿越策略

故障重合闸是配电网提高供电可靠性的有效手段,采用电力电子技术集成的多端口固态变压器(SST)受控制策略的影响显著,面对配电网重合闸时的运行机制不明晰。基于此,该文研究重合闸机制下SST的运行特点,通过分析指出,若不采用一定的控制策略,SST在面对重合闸时将可能出现过电流,进而提出结合光伏电源接入的冲击电流抑制策略来提升SST的运行能力。首先,该文简析SST的拓扑结构与控制策略,并分析重合闸过程中SST冲击电流产生机理;其次,根据不同的初始工况以及输入级最大允许电流求得光伏电源功率调整的范围进行功率补偿,并提出冲击电流抑制策略;最后,通过仿真与实验验证了该文理论分析与所提策略的正确性与有效性。     

级联固态变压器在SVG模式下的控制策略

基于级联H桥(CHB)拓扑的三相光伏(PV)固态变压器(SST)可以白天工作在PV发电模式,夜晚工作在静止无功发生器(SVG)模式用以补偿整个电站的无功功率消耗。因此,PV电站不需要额外安装无功补偿装置,有助于提高变换器的利用率并降低电站的建设成本。为此,提出一种适用于CHB SST工作在SVG模式下的控制策略,不仅考虑了相间和模块间的功率平衡,且计算较为简单。实验结果验证了所提控制方法的有效性。     

基于混频调制的新型电力电子变压器

现有的电力电子变压器的能级变换级数较多,导致效率不高、体积庞大、成本高,制约了其在实际中的应用。首先,基于混频调制技术,提出了两种新型的基于级联H桥变流器结构的电力电子变压器拓扑,以减少变换级数并实现多端口输入/输出,有利于提升功率密度。然后,详细分析了该电力电子变压器的设计方法与控制策略,利用Simulink验证了所提电力电子变压器拓扑及控制策略的可行性,并与传统电力电子变压器拓扑进行了对比分析。     

基于自适应模糊PID算法的锂电池组双层均衡控制

为提高电池重组时的均衡效率,在传统Buck-Boost均衡拓扑电路的基础上,设计了一种锂电池组双层均衡拓扑电路。组内采用Buck-Boost电路均衡,组间利用双向反激变压器进行均衡。均衡控制策略采用自适应模糊PID算法,以电池荷电状态(state of charge, SOC)为均衡变量,利用模糊控制算法对PID参数进行调节,缩短了均衡时间,提高了均衡效率。在Matlab/Simulink中搭建了锂电池组双层均衡拓扑电路和自适应模糊PID控制算法模型。实验结果表明：在不同工作状态下,所提出的电池组均衡拓扑及其控制策略将均衡时间效率平均提高了58.36%,验证了该方案的有效性。     

有源箝位全桥Boost型高频环节AC-AC变换器

本文提出并深入研究了有源箝位全桥Boost型高频环节AC-AC变换器电路拓扑、控制策略、稳态原理和关键电路参数的设计准则。理论分析和原理实验结果表明,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、网侧功率因数高、功率密度高等优点,对新一代高性能电子变压器、交流调压器、同频波形变换器和交流调压器的发展,具有重要意义     

基于电压平衡器的固态变压器及其控制策略研究

固态变压器是交直流混合配电网的核心装置。针对低压直流配电网一般采用双极性供电的特点,提出了一种基于电压平衡器的固态变压器拓扑。所提拓扑的中间级DC/DC包括输入半桥、双有源桥和电压均衡3部分,结合其运行模式给出了各部分的控制策略。为了分析系统的大信号稳定性并加快仿真速度,给出了中间级DC/DC子模块的大信号回转器模型,并采用仿真方法验证了所提拓扑和控制策略的有效性。所提出的基于电压均衡器的固态变压器具有多个电压端口,能够与中高压电网及低压电网相连,提供自身用电或组网运行。     

应用于交直流配电网的电力电子变压器

针对交直流配电网的需求,提出了一种可应用于交直流配电网的电力电子变压器(power electronic transformer,PET)拓扑。与传统PET相比,该拓扑的优势在于为直流电源及直流负荷提供了接口,具备直流故障穿越能力,能够显著减少网络中换流器的数量,提高供电可靠性。同时,分析了新型PET在典型交直流配电网中的运行模式,并在此基础上,对PET各级的控制及调制策略进行了设计。最后,通过仿真验证了该拓扑及控制策略的合理性,突出了PET在交直流配电网中的能量调控作用。     

Suppression strategy for the inrush current of a solid-state transformer caused by the reclosing process

The automatic reclosing strategy is an efective measure to improve the reliability of a distribution network. It can quickly clear instantaneous faults in the grid. The traditional transformer has proven to be reliable and robust during the reclosing process. However, the infuence of the reclosing process on the operational characteristics and reliability of solid-state transformers (SST) is still unclear. The reclosing action may generate a huge inrush current, resulting in shutdown and even damage of the SST. To address this problem, this paper proposes an inrush current suppression strategy. First, the operational performance of the SST under a reclosing process is discussed, and the inrush current generation mechanism is analyzed in detail. Then, considering the controllability of distributed generation (DG), a novel DG-supported inrush current suppression strategy is proposed. The suppression ability of the DG on inrush current in diferent initial conditions is analyzed. Finally, the efectiveness of the proposed strategy is verifed by simulation and experiment. These show that the proposed strategy can help to enhance the FRT capability of the SST, as well as support the SST to maintain continuous power supply and physical integrity during grid faults.     

Suppression strategy for the inrush current of a solid-state transformer caused by the reclosing process

The automatic reclosing strategy is an efective measure to improve the reliability of a distribution network. It can quickly clear instantaneous faults in the grid. The traditional transformer has proven to be reliable and robust during the reclosing process. However, the infuence of the reclosing process on the operational characteristics and reliability of solid-state transformers (SST) is still unclear. The reclosing action may generate a huge inrush current, resulting in shutdown and even damage of the SST. To address this problem, this paper proposes an inrush current suppression strategy. First, the operational performance of the SST under a reclosing process is discussed, and the inrush current generation mechanism is analyzed in detail. Then, considering the controllability of distributed generation (DG), a novel DG-supported inrush current suppression strategy is proposed. The suppression ability of the DG on inrush current in diferent initial conditions is analyzed. Finally, the efectiveness of the proposed strategy is verifed by simulation and experiment. These show that the proposed strategy can help to enhance the FRT capability of the SST, as well as support the SST to maintain continuous power supply and physical integrity during grid faults.     

基于模块化结构的固态变压器硬件设计

固态变压器SST（solid-state transformer）在智能电网和电传动系统应用中有广泛的应用前景,但是其硬件实现与控制策略非常复杂,降低了在实际应用中的竞争力。为此,提出了一种基于模块化结构的固态变压器的硬件设计,其主电路采用级联式H桥CHB（cascaded H-bridge）整流器+双主动全桥DAB（dual-active-bridge）隔离型直流/直流变换器+并联H桥逆变器方案,由于整个主电路仅由H桥电路构建而成,系统的模块化程度大大提高。同时,针对这种硬件结构提出了模块单元控制器与辅助电路的设计,使得系统的模块化程度进一步提高。模块化结构的固态变压器设计不仅极大地降低了其建造成本,也简化了其控制器的实现,增加了灵活性与可靠性。     

基于MMC的PET中间隔离级DC-DC变换器的新型模型预测控制策略

针对三级式电力电子变压器(power electronic transformer,PET)中间隔离级DC-DC变换器双侧的模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)控制存在的问题,提出了基于价值函数独立的模型预测控制(model predictive control,MPC...     

变压器式混合控制型可调电抗器的控制策略研究

随着我国电力系统的快速发展,可调电抗器作为可动态补偿无功和稳定电压的新型FACTS装置,得到了广泛应用。变压器式可调电抗器响应速度较快、易实现高压应用,成为研究热点。基于一种潜力较大的变压器式混合控制型可调电抗器拓扑,阐述了晶闸管投切和VSC闭环PWM调制的混合控制策略。针对存在绕组高短路阻抗设计误差和各绕组互感影响难题,目前大部分研究均从结构优化角度进行改进。从控制角度入手,将可调电抗器的整体输出无功引入到VSC的闭环控制中,提出了一种无功顶层闭环反馈控制方法,实现了可调电抗器整体输出的精确控制。此外,研究表明,相比电流内环PI控制器,采用电流滞环控制可提高可调电抗器输出的暂态性能。     

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。