一种新型可串联的超级电容电压均衡特性研究

引入一种超级电容器电压均衡控制策略的模型,在此基础上提出一种新颖的超级电容器电压均衡方法——开关分流电压均衡法,该方法可以直接改变每个超级电容器的能量流动,实现能量重新分配。阐述了该方法的均衡原理及均压过程,给出了参数整定原则,同时基于PSIM仿真软件,对三只串联超级电容器模块进行仿真分析并与多飞渡电容电压均衡法进行对比,结果表明:开关分流电压均衡法均压速度快,效率高,在大容量快速储能领域中具有一定的价值。     

一种用于轮胎吊节能系统的超级电容器电压均衡策略

针对超级电容器在串联中存在的问题,分析了一种超级电容器电压均衡控制策略的模型,在此基础上提出了一种适用于轮胎吊(RubberTyred Gantry Crane简称RTG)节能系统的超级电容器电压均衡方法--主动型电压均衡法,它具有均衡速度快且效率高的特点.在详细分析了该方法工的作原理和完成电压均衡电路的设计后,对超级电容器串联模块进行了仿真分析,结果表明主动型电压均衡法能够有效的避免单体过压,提高了超级电容器的工作可靠性,在超级电容器RTG节能系统中具有较高的实用价值.     

超级电容器轮胎吊节能系统的电压均衡策略

分析了一种超级电容器电压均衡控制策略的模型,在此基础上提出了一种适用于轮胎吊(Rubber Tyred Gantry Crane,简称RTG)节能中的超级电容器电压均衡方法——主动型电压均衡法,它具有均衡速度快且效率高的特点。在详细分析了该方法的工作原理和完成对电压均衡电路的设计后,对超级电容器串联模块进行了仿真分析。结果表明:主动型电压均衡法能够有效地避免单体过压,在超级电容器RTG节能系统中具有较高的实用价值。     

超级电容器改进模型及其均压策略研究

提出了一种超级电容器改进模型,该模型由瞬时、短时、长时以及自放电4条支路组成,并考虑温度、端电压对超级电容器特性的影响,可准确反映冲放电过程中的非线性以及电压自恢复特性。在单体模型的基础上,基于单飞渡电容控制思路和均压策略,设计了储能模块的电压改进模型均衡电路和超级电容器组均压控制电路。仿真结果表明,单飞渡电容法减小了串联超级电容器之间的电压差,提高了电压一致性,取得了良好的均压效果。     

一种超级电容器快速电压均衡方法的研究

提出了一种超级电容器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级电容器电压均衡方法--平均值电感储能电压均衡法.介绍了该方法的工作原理,详细地分析了工作过程,并给出了占空比的调节规律和关键器件电感参数的设计原则.仿真分析表明该方法电压均衡速度快、精度高.具有很高的潜在应用价值.     

一种新颖的串联超级电容器组的电压均衡方法

串联超级电容器组的电容电压不平衡是阻碍超级电容器储能应用发展的一个重要因素,实现串联超级电容器组的电压均衡可以延长超级电容器的使用寿命,增加储存能量,提高储能系统的可靠性。讨论了目前正在研究和已经应用的超级电容器电压均衡方法,鉴于它们的不足之处,提出了一种新颖的以单个电解电容器做能量传递器件的超级电容器电压均衡方法,并研制成功一套数字化控制均衡设备。仿真分析及实验结果表明:这种电压均衡方法效率高、均压速度快,在超级电容器储能系统中有很高的应用价值。     

串联电容器组电压均衡研究

串联超级电容器组的电容电压不平衡是阻碍超级电容器储能应用发展的一个重要因素.讨论了常用的超级电容器均压方法,研究了一种新型电容器组电压均衡电路,详细分析了电路的工作原理并进行了实验验证.研究表明,该方法电压均衡速度快、结构简单、易于扩展,且具有较高的应用价值.     

一种低损耗的超级电容器电压均衡电路的应用设计

建立了充电过程中串联超级电容器电压均衡模块充电损耗的数学模型,提出了一种低损耗的超级电容器开关电阻式电压均衡电路的设计方法.在1000W的光伏发电用超级电容器储能系统中,为超级电容器安装了采用这种方法设计的电压均衡模块,仿真和系统实验结果表明这种设计方法具有较高的实用价值.     

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。     

串联超级电容器组开关电感通断法均衡研究

超级电容器作为一种储能元件,具有高功率密度和高循环充放电能力,被广泛应用在工业上。为延长超级电容器的使用寿命,改善性能,在其充电时采用均衡电路。均衡电路启动后,能够将电压较高电容单体的能量转移到电压较低单体上,从而达到串联超级电容器组电压的动态均衡。笔者针对串联超级电容器组单体电压开关电感均衡系统的工作过程进行了计算和仿真,提出了均衡电路功率元件参数的选择方法和依据,介绍了实验主回路和控制回路软硬件的实现方法,并通过实验对该方法的均衡效果进行了分析,最终得到了比较理想的均衡效果和均衡速度。     

内蕴电压平衡控制的飞跨电容逆变器的PWM方法

采用多电平结构是逆变器实现高电压大容量化的有效途径。飞跨电容逆变器因为只需要一个独立直流供电电源、电平数易扩展、控制灵活等优点而备受青睐，但是电容电压的平衡问题却制约其推广应用。针对此问题，该文提出一种内蕴电压平衡控制的PWM方法，该方法由直接PWM算法和基于最大单元电压偏差抑制的开关状态选择法则组成，前者是由给定的ABC坐标系下的参考电压来确定逆变器所需输出的电平电压、相应的作用时间及作用顺序；后者是确定逆变器的开关状态以产生已确定的电平电压，同时控制电容电压的平衡。该PWM方法理论上适用于任意电平的飞跨电容逆变器，它不但能够有效控制电容电压的平衡，而且还能够保证功率开关频率的均衡、便于数字化实现。该文给出了该方法的数字化实现原理。最后，基于飞跨电容五电平变频器对所提出的PWM方法，做了详尽的仿真分析和大量的实验验证。     

Flying Capacitor Multilevel Inverter Control Considering Lower Order Harmonics Elimination Based on Newton-Raphson Algorithm

Newton-Raphson-based flying capacitor multilevel inverter modeling is investigated for capacitor voltage balancing. Without using voltage feedback, Newton-Raphson method determines the best switching pattern for maintaining nil mean current in all capacitors, hence minimizing the capacitor voltage fluctuation and eliminating certain harmonic orders. Flying capacitor multilevel inverter (FCMI) modeling is developed to work with the selective harmonic elimination (SHE) technique to obtain a programmable pulse generator for multilevel inverter commutation cell control. Theoretical results are verified by experiments and simulations for a flying capacitor four-level inverter. Results show that the proposed method does effectively eliminate a number of specific low order harmonics, and the output voltage is resulted in low total harmonic distortion and with balanced flying capacitors.     

层叠式悬浮电容逆变器的新型PWM控制方法

采用多电平结构是逆变器实现高电压大容量化的有效途径。层叠式悬浮电容多电平结构可以大大减小电容器的尺寸,并且还具有控制灵活、电平数易扩展等诸多优点,因而倍受青睐,但是该逆变器也存在悬浮电容电压的平衡控制问题。据此本文提出一种新型的PWM方法,该方法不但能够有效控制电容电压的平衡,而且算法计算量小、便于数字化实现,能够保证功率器件的开关频率均衡,利用层叠式五电平逆变器,对该方法的有效性进行了详尽的仿真验证。     

超级电容器用于建立强脉冲磁场的可行性研究

为解决爆炸磁流体发电机应用设计中储能高压脉冲电容器存在的一些缺点,提出了一种以超级电容器替代高压脉冲电容器作为储能器件建立强脉冲磁场的设计方案。在给出脉冲放电回路中超级电容器的等效电路模型、超级电容器模块的设计原则和储能系统管理方案后,对超级电容器模块振荡放电和非振荡放电两种类型进行了分析计算。超级电容器模块和高压脉冲电容器模块的放电电流仿真波形和模块参数的对比结果表明,在产生同样大的脉冲电流下,超级电容器模块放电持续时间更长,在体积和重量上有一定的优势,用于建立强脉冲磁场是可行的。     

Research on Combined Multilevel Converter Topologies

提出了以减少多电平变换器中筘位器件的数量为目的的拓扑生成原则,并基于该原则,研究了适用于中压场合的2类新型多电平拓扑。其中一类是通过组合传统的二极管箝位型或飞跨电容型拓扑与两电平桥臂得到的组合型拓扑;另一类是飞跨电容型拓扑的新型组合策略,它考虑了开关管数量和电容电压平衡之间的折衷。这2类新型拓扑都能以较少的器件输出较多的电平数,因此提高了系统可靠性,降低了成本。但是这2类拓扑的缺点是,某些器件需要承受大于1倍的单个电平电压,所以它们更适合于中压高性能的应用场合。仿真和实验结果验证了新型拓扑的有效性。     

基于有源箝位的功率器件串联均压技术

功率器件串联的关键技术挑战是如何实现串联器件的动、静态均压。提出一种基于有源箝位的器件串联均压电路及其控制方法。所述均压电路仅由1个辅助开关管和1个箝位电容串联而成,该电路与各主功率管并联。主功率管的关断电压可自动被箝位电容电压箝位,从而将器件串联均压问题转化为各箝位电容电压均衡问题。提出了一种箝位电容均压方法,利用负向电流回收箝位电容电能,并能保证辅助开关管实现零电压开通。所提均压技术具有结构简单、损耗低、模块化等优点。此外,通过调整箝位电容放电时间差异,形成阶梯型桥臂电压,以减小桥臂电压的瞬时变化率dv/dt。搭建一台 3 kV/750 V 30 kW 谐振型直流变压器样机,每个桥臂采用6个SiC MOSFET串联。实验结果表明所提均压方法在各个工况下均能实现串联器件的动、静态均压,不均压度小于3 %,且在3 kV输入电压下峰值效率达98.4 %。