支撑电容可分离的直流变压器短路故障电流限流控制方法

直流配电系统因线路阻抗低,线路短路故障时电流上升率高,会造成电流限流困难及线路设备二次恢复运行速度慢等问题.该文针对直流配电网中目前存在问题进行分析,提出一种主动控制实现的电力电子变压器短路电流限流新方法.通过对电力电子变压器电路拓扑的改进,并辅以相应的输出电流主动控制方法,实现在发生直流短路故障时切除变压器内部的支撑...     

低压直流微电网新型主动限流器及控制策略

低压直流微电网中直流母线发生短路故障后,现有的被动式保护措施难以有效保护电力电子装置,并且当计及直流线路电感与变流器直流母线侧电容时,常规主动限流器会出现限流电感电流振荡的特性。详细分析了该电流振荡特性产生的机理,探究了系统参数变化对限流电感电流振荡峰值的影响。并提出了一种新型主动限流器拓扑结构及控制策略,该拓扑结构通过增加能量耗散支路,在限流器直流母线侧电容电压产生负压时导通,以此耗散能量,解决了电感电流振荡的问题。通过仿真与实验,验证了所提新型主动限流器对电感电流振荡特性抑制的有效性,且在不同工况下具有良好的鲁棒性。     

低压直流母线AC-DC电力电子变压器及其短路故障穿越方法

传统的基于半桥型模块化多电平电力电子变压器使用大量的开关器件和无源元件,限制了其功率密度和效率的提高。提出了一种组合全桥型模块化多电平换流器(MMC)和输入侧间接串联型输入串联输出并联DC-DC变换器的电力电子变压器拓扑,MMC输出等级较低的中压直流母线,可减少隔离级DC-DC模块数量,且可以实现故障时的自阻断功能。通过改变DC-DC变换器模块输入侧的串联连接方式,可有效避免中压直流端口短路时导致DC-DC变换器输入侧电容短路问题。该电力电子变压器拓扑同时具备中压和低压直流端口,且可以有效降低开关器件、无源元件、高频变压器以及DC-DC变换器模块数量,提高电力电子变压器的功率密度、效率和故障穿越能力。最后基于MATLAB/Simulink,搭建了该电力电子变压器的仿真模型,仿真结果验证了该拓扑的可行性。     

模拟直流发电机特性的储能变换器控制策略

直流微电网的变换器均通过电力电子变换器接入直流母线,而电力电子变换器缺少惯性和阻尼作用,负载功率突变会引起变换器端口电压电流的振荡,给直流母线带来较大的冲击,影响微电网的稳定性。文中参考虚拟同步发电机在并网逆变器控制中的应用,提出了一种模拟直流发电机特性的储能变换器控制策略,使储能变换器具有直流发电机的端口特性,并建立小信号模型,利用阻抗比判据分析了其小信号稳定性。仿真和实验证明所提控制策略可以增强储能单元维持直流微电网内功率平衡的能力,提高直流微电网的供电质量。     

三相级联H桥型电力电子变压器电容值设计方法

针对三相级联H桥型电力电子变压器(PET),分析了输入侧瞬时功率波动特性,建立了其直流侧电容电压及中间级高频变压器原、副边电流的时域解析模型,并基于该模型提出一种PET电容值设计方法。基于MATLAB/Simulink仿真平台搭建三相级联H桥型PET仿真模型,并在功率模块测试平台进行实验验证。仿真及实验结果表明该解析模型可以准确地描述电容电压及变压器高频电流的波动特性,进而为主电路参数设计与控制系统设计提供研究基础。     

基于MMC的配电网电力电子变压器故障特性分析

介绍了配电网电力电子变压器输入级、隔离级和输出级通常采用的拓扑结构;选取了半桥子模块型模块化多电平换流器、双有源桥和三相逆变器作为研究对象,基于PSCAD仿真平台,搭建了10k V配电网电力电子变压器仿真模型;对电力电子变压器中可能出现的故障类型,包括交流输入侧故障、中压直流侧故障、低压直流侧故障以及功率开关元件故障等进行了理论分析与仿真验证;对各类故障下电力电子变压器的过电压、过电流水平进行了分类统计,指出了对配电网电力电子变压器影响较大的故障类型。     

基于MMC的配电网电力电子变压器接地设计及故障特性分析

对基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的配电网电力电子变压器在发生交流输入侧单相接地故障、中压直流侧单极接地故障、低压直流侧单极接地故障以及交流输出侧单相接地故障下的故障特性进行了分析。参考MMC-UPFC、MMC-HVDC以及低压交流配电网现有的接地方案,提出适用于配电网电力电子变压器的接地方式:交流输入侧接地变压器接地、交流输入侧大电抗接地、中压直流侧大电阻接地、低压直流侧电容中点接地以及交流输出侧接地变压器接地。对上述接地故障在不同接地方式下的故障特性进行了对比分析,并通过PSCAD仿真平台对所分析接地方式及故障特性进行了仿真验证。最后,基于故障特性分析结果并考虑目前的制造技术,提出了输入侧、输出侧分别采用接地变压器接地作为目前配电网电力电子变压器接地方式的建议。     

VSC-HVDC与平行架设交流线路基频电磁感应边界条件

推导及分析了交流输电线路与VSC-HVDC平行架设系统基频电磁感应边界条件。通过换流器开关函数及调制理论,得出电压源型换流器直流侧基频等值电路阻抗(导纳)矩阵。该等值电路阻抗矩阵可用于与分布式传输线二端口传递函数方程联立求解,从而对直流线路感应电压、电流大小进行频域参数分析。通过PSCAD/EMTDC电磁暂态软件仿真,得出只计及换流器开关函数基频成分的换流器直流侧基频等值电路,对于分析交直流平行架设系统基频感应电压、电流传递是准确有效的,从而验证了该等值电路的正确性与该方法的可行性。     

10kV固态开关电流过零切换策略的改进研究

固态开关是利用电力电子器件解决电压跌落和短时供电中断经济有效的方法。利用PSCAD／EMTDC软件对10kV配网中以晶闸管为开关器件的固态开关建立仿真模型。仿真研究发现当采用电流过零切换策略时,受10kV配网末端连接的10／0．4kV配电变压器励磁支路影响。固态开关在配电线路发生三相短路故障及变压器空载时,晶闸管中的电流难以短时过零,导致切换时间过长。对此提出改进措施,在10kV线路末端,配电变压器之前,三相串接电容辅助晶闸管关断,经原理分析和仿真研究,验证了该方法正确有效。     

模块化多电平开关串联型直流变压器的电流优化控制策略

针对模块化多电平开关串联型直流变压器在中压侧端口电压偏低和轻载情况下存在电流应力增大、运行效率降低的问题，提出了一种基于低压侧全桥内移相控制的电流优化控制策略。通过移相控制，在高频变压器端口产生零电平区间，抑制了传输电感电流尖峰，降低了器件电流应力及损耗。通过研究该直流变压器的工作模式，分析电流应力，以电流应力优化为目标制定优化控制策略。该策略采用分段计算移相角的方法，在维持开关管软开关特性的同时达到良好的闭环控制效果。最后，通过仿真和样机实验验证了所提优化控制策略的有效性。     

UPFC的模型与控制器研究

考虑了两侧逆变器的脉宽和相角的控制输入,以五阶非线性微分方程组来描述UPFC的动态过 程,提出利用串联侧输出电压的横分量和纵分量以及并联侧输出电流的横分量和纵分量来分 别控制线路有功、线路无功、节点电压和直流侧电容电压,设计了UPFC的反馈控制系统。较 全面地仿真了UPFC在系统故障过程中的暂态特性以及UPFC 的功率控制和电压调节的性能, 分析了UPFC直流侧电容量、变压器电抗值以及UPFC 的控制参数对电力系统稳定性的影响。     

一种新型的中性线电流补偿器

针对目前非线性负荷造成低压配电网中性线过负荷的问题,提出一种新型的中性线电流补偿器.该新型补偿器将逆变器接入曲折变压器中性点和中线之间,逆变器输出的电流通过曲折变压器提供的低阻抗的零序电流通道注入系统,进行中性线电流的补偿.曲折变压器的二次侧输出利用全控整流桥整流,为逆变器提供直流电源,实现了能量的双向流动,有效地解决了采用不控整流模块时,在补偿器吸收有功功率的情况下所造成的直流电压升高,易造成开关器件过压损坏的问题.通过建立模型对提出的补偿器进行仿真研究,结果表明该新型中性线电流补偿器能够有效地补偿中性线中的谐波及不平衡电流,逆变器的直流侧电压保持稳定.     

多电平直流链电力电子变压器控制策略研究

多电平直流链电力电子变压器(PET)中间级子模块拓扑包括半桥和双有源桥两部分。直流链两端电路不同的结构和控制策略会造成直流链电压的波动和不稳定。传统控制策略需要大量电流传感器,并且控制链路上的低通滤波器影响了系统的动态响应。文中提出了一种多电平直流链PET的控制策略,由串并联功率模块中的半桥电路稳定直流链总输出电压,由双有源桥电路实现直流链不同模块之间的均压。同时,所提控制策略只需要中压直流端口连接电感处的一个电流传感器,所有功率模块均不使用电流传感器,节省了系统的成本。仿真结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

双输出端口LLC电路及其控制技术研究

新能源汽车的车载充电机和DC/DC大多都是独立运行。基于一个变压器控制双输出端口的思想,设计了一种带LLC谐振电路双输出端口的充电机,其包括原边侧转换电路、副边侧第一转换电路、副边侧第二转换电路、以及连接这3个电路的变压器。原边转换电路连接外部电源,副边第一转换电路连接高压电池,副边第二转换电路连接低压负载。通过采样,获得副边第二转换电路的输出电压和输出电流,并与基准值比较和补偿,最终实现控制原边转换电路中开关管的通断时间;采样原边转换电路输出电流,经过零检测计算出过零延时,控制副边第二转换电路中整流开关管的通断时间。基于对该技术的研究,研制了一台6.6kW LLC谐振变换器的样机,并采用双闭环控制策略,仿真与实验结果验证了理论分析的正确性。     

交流配电网中柔性直流互联装置阻抗稳定性分析及阻抗协同重塑控制

对于交流配电网中的柔性直流互联装置,当功率方向变化时,负阻抗会随之在装置内定功率控制换流器的直流侧和交流侧进行转移,降低了系统稳定性.针对此问题,提出了一种阻抗协同重塑控制策略.首先,介绍了配电网中柔性直流互联装置的结构;其次,分别建立了装置内两侧换流器多个端口阻抗在功率双向传输下的小信号模型,探究其阻抗特性;然后,对所提控制策略的工作原理进行了分析,且对重塑后的阻抗进行了建模,对比分析了阻抗重塑前后系统的稳定性;最后,通过MATLAB/Simulink仿真模型和实验平台对所提控制策略的有效性进行了仿真和实验验证,结果表明所提方法通过协同作用可将直流侧和交流侧的负阻抗均重塑为正阻抗,从而能同时改善换流器两侧的稳定性.     

变频航空有源滤波器的研究

针对航空电源频率变化宽的要求,提出了一种新的航空有源滤波器.通过提取电网输入电流基波,并作为逆变器的基准,由逆变器产生基波补偿电流,并通过串联在电网与负载之间的电流变压器注入电网.当注入电流与电网电流基波成一定比例时,变压器初级对基波呈现低阻抗,对谐波呈现高阻抗.无源滤波器由单电容构成,可以对频率变化的电源系统起到很好的滤波作用.试验证明,新的拓扑和控制策略简单可靠,可以很好地满足航空电源对电网输入电流的要求,具有广泛的应用前景.     

不平衡工况下CLLC型交直流母线接口变换器控制策略

针对交流微电网电压不平衡工况下直流微电网母线电压二倍频脉动问题,提出一种适用于CLLC直流变压器的两级式双向隔离AC/DC母线接口变换器控制策略。首先,对不平衡工况下交直流母线接口变换器功率传输特性进行分析,并设计抑制交流侧负序电流的控制策略。其次,建立CLLC直流变压器的基波等效模型,并分析其电压增益和输入阻抗特性。在此基础上,考虑不平衡工况下CLLC直流变压器输入电压脉动特点,对CLLC直流变压器进行了参数优化设计并提出了基于脉动电压前馈的控制策略以抑制直流母线电压脉动。最后,通过Matlab/Simulink进行仿真,结果表明,采用所提控制策略,在交流母线电压平衡及不平衡工况下均能保证三相电流平衡的同时抑制直流母线电压脉动。     

10kV配电变压器自动调压的研究以及试验分析

针对配电变压器机械式有载调压装置复杂、调压不方便等问题,提出一种基于电力电子开关的5档自动调压技术方案。采用启动保护电路,避免电力电子开关承受合闸电压和励磁涌流冲击,保证电力电子开关退出时变压器的正常运行;考虑变压器高压侧绕组不同接线方式,分析开关器件两端承受的电压以及分接头对地电压的分布情况,为电力电子开关器件的参数选择提供参考。结果表明高压侧为星形接线的中性点调压方式更加有利于电力电子器件的工作,高压侧为三角形接线的中部调压方式对于电力电子器件的工作电压以及隔离电压均有较高的要求。在完成电路设计与器件选型的基础上,研制了基于电力电子开关的自动有载调压变压器,并安装于现场试运行。理论研究、仿真分析、样机试验以及上网试运行均表明所提方案具有可行性与可靠性。