适用于直流电网的LCL谐振式模块化多电平DC/DC变换器

针对直流电网中不同电压等级线路的直流互联需求,结合隔离型模块化多电平DC/DC变换器和绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)直串型LCL-DC/DC变换器的拓扑优点,提出了一种LCL谐振式模块化多电平DC/DC变换器拓扑。首先,介绍了该变换器电气拓扑,并分析了其工作原理,包括运行方式、功率传递机理等;其次,从功率传递和谐波抑制等角度提出了该变换器中LCL谐振网络的参数设计方法;然后,提出了适应于该变换器的控制保护策略,保证在不同功率传递下实现两侧模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的零无功传输以及直流故障电流的迅速抑制;最后,在Matlab/Simulink中对所提拓扑及其控制保护策略进行了仿真验证。结果表明:根据LCL设计方法得到的电气参数能够满足装置的控制需求,所提控制策略在潮流反转、输入电压突变等工况下具有较好的静态和动态性能,且保护策略能够抑制直流侧的短路故障电流。     

基于容性能量转移原理的高压大容量DC/DC变换器

随着基于电压源型换流器的柔性直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)技术的快速发展,十几年间世界范围内已建成数十个各种不同电压等级的VSC-HVDC工程。根据交流电网的发展历史,未来构建大规模直流电网是必然趋势。然而直流电网必须采用DC/DC变换器来充当直流变压器的角色,因此高效率、低成本的高压大容量DC/DC变换器是直流电网技术中亟待攻克的关键基础性课题。该文针对不同电压等级直流输电线路互联的技术需求,对经典低压DC/DC拓扑进行改造,推演出一系列基于容性能量转移原理的高压大容量DC/DC变换器拓扑,并揭示此类拓扑的演化规律和换流原理。相比传统变换器方案,该拓扑可降低器件数量,提升拓扑转换效率以及减小变换器体积重量。最后,通过仿真和实验验证基于容性能量转移原理的DC/DC变换器的可行性。     

可隔离直流故障的直流电网用DC/DC变换器拓扑

直流电网作为光伏和风电等新能源汇集的重要手段,近些年获得了快速发展。DC/DC变换器作为直流电网中电压变换和隔离直流侧故障的关键设备也日益受到关注。提出了一种适用于直流电网的可隔离直流故障的新型DC/DC变换器拓扑,该拓扑基于半桥模块化多电平换流器型DC/DC变换器,增加故障转移支路,发生直流故障时更易切断故障电流,同时提出了其故障隔离策略。对比该拓扑与半桥式DC/DC变换器的技术性和经济性差异发现,当DC/DC变换器出口侧连接有多个换流站时,提出的DC/DC变换器方案不仅可以更快地切除故障线路,还减少了故障隔离对于直流断路器的依赖。在PSCAD/EMTDC中,针对两个直流电网的典型场景,进行了直流双极短路故障仿真。仿真结果表明,所提出的拓扑具备直流故障穿越能力,非常适用于大规模直流电网系统。     

新型混合式高压直流输电DC/DC变换器

针对高压直流电网中现有DC/DC变换器拓扑在成本、效率方面的不足,提出了一种基于模块串联技术以及晶闸管、二极管串联技术的混合式DC/DC变换器拓扑,以实现高压直流电网中不同电压等级的互联。对该拓扑结构的工作原理、控制策略、元器件参数设计、经济性等方面进行了全面的分析论证。最后,在MATLAB中进行了仿真,验证了所提DC/DC变换器的可行性。     

采用混合子模块的四端口模块化多电平DC/DC变换器

随着电网中可再生能源的大规模接入以及高压直流输电技术的发展,高压大容量DC/DC变换器成为不同电压等级直流电网互联的关键。为解决多端高压直流电网互联的问题,本文以四端直流电网互联为例,研究了四端口模块化多电平DC/DC变换器。针对常规半桥子模块不能实现直流侧短路故障阻断的问题,本文提出交叉连接双半桥子模块与三电平双半桥子模块混合的模块化多电平DC-DC变换器方案,该方案能有效阻断直流故障,且具有较好的经济性。进一步地,给出了采用混合子模块方案的简化模型,用于子模块数量众多时变换器在正常工况以及故障工况下的仿真。最后,通过Matlab/Simulink对所提出的混合子模块四端口模块化多电平DC/DC变换器进行了仿真验证,证实了所提方案的可行性以及简化模型的正确性。     

集成故障阻断能力的DC/DC自耦变换器

高压大容量DC/DC变换器是多电压等级直流互联的关键设备，能够实现电压变换和直流侧故障隔离等功能。使DC/DC变换器具备直流故障阻断能力，减少对直流断路器的依赖，能够在很大程度上降低建设成本。为此，提出一种基于半桥型模块化多电平换流器串联的DC/DC自耦变换器拓扑。在功率正送和功率反送两种工况下，分析DC/DC变换器两侧分别发生直流双极短路故障后的故障响应，并提出对应的故障隔离策略。针对不同工况下的双极短路故障，在PSCAD/EMTDC平台上进行仿真。仿真结果表明所提出变换器具备双向阻断直流故障的能力，与其他类型的DC/DC自耦变换器的对比分析结果验证了所提出变换器的经济性。     

具备故障阻断能力的柔性直流输电DC/DC变换器

高压大容量DC/DC变换器作为未来直流电网中的关键设备,近年来成了国内外关注的热点。文中通过将晶闸管和半桥子模块进行有机组合,提出了一种混合式DC/DC变换器拓扑,通过闭锁子模块和晶闸管实现高低压侧短路故障阻断功能,且具有成本低、效率高的优点。对该拓扑结构的工作原理、故障保护机制、控制策略、参数设计和经济性等方面进行了分析论证。最后,搭建了MATLAB/Simulink仿真模型,仿真结果验证了该拓扑和控制策略的可行性。     

基于UC3875的隔离式双向DC/DC变换器研究

本文首先介绍了传统隔离式双向DC/DC变换器的典型拓扑,并结合其应用领域分析了各种拓扑的优缺点。在此基础上,提出了一种新颖的基于BUCK/BOOST的双向DC/DC变换器拓扑。与传统的同功率等级变换器相比,该拓扑具有结构简洁、系统成本低、控制方法简单、工作效率高等特点。介绍了该拓扑的电路构成、详细分析了电路的工作原理和设计要点,并基于UC3875芯片输出PWM波控制开关管,最后给出了相应的实验波形。     

一种可实现双向故障闭锁的双极Y型模块化多电平直流变换器

直流电网互联通常采用隔离型高压大功率直流变换器,但其存在体积大、成本高及传输效率较低等问题。该文提出一种双极Y型模块化多电平DC/DC变换器,其避免使用中间变压器,实现直流功率双向传输,并且可以有效闭锁双向直流故障。首先分析了变换器拓扑结构及故障闭锁工作原理,并根据桥臂内电势等效原理建立了数学模型。基于变换器臂间、相间能量平衡约束,在闭环控制的基础上引入桥臂电流补偿控制,提升变换器暂态性能。最后,在Matlab/Simulink搭建了采用模块化多电平DC/DC变换器(modular multilevel DC/DC converter,DC-MMC)的直流输电系统仿真模型,通过对端口电流、桥臂电流及桥臂电容电压等动态指标的分析,验证了所提DC-MMC双向功率传输控制及双向故障闭锁能力的可行性和有效性。     

集成直流断路器功能的高压大容量DC/DC变换器

高压大容量DC/DC变换器是直流电网中电压变换的关键设备。提出一种集成直流断路器功能的高压大容量DC/DC变换器,利用变换器自身控制实现直流侧短路故障阻断功能,具有轻量化、低成本、高效率的优势。首先,分析该变换器的拓扑结构、工作原理,推导子模块、晶闸管、二极管等器件的参数设计依据;然后,提出闭锁子模块和晶闸管阻断故障电流的机制,设计适应于该变换器的控制方案;其次,分别针对正常工况与故障工况进行了仿真与实验验证,结果表明该变换器拓扑结构及控制策略的有效性;最后,通过与其他典型的集成直流断路器功能的DC/DC拓扑进行对比分析,评估所提变换器的技术经济性。     

用于直流电网的大容量DC/DC变换器研究综述

发展高压直流电网是解决电能大容量远距离传输及大规模可再生能源汇集的有效手段,高压大容量DC/DC变换器是实现不同电压等级的直流电网线路之间互联的关键设备,也是制约直流电网推广的主要技术瓶颈之一。然而已发表的研究工作主要集中于DC/DC变换器在中低压小功率应用,其在高压大容量场合的应用研究较少。为此,首先分析了高压直流电网对大容量DC/DC变换器的技术需求,然后系统回顾了高压大容量高增益DC/DC变换器拓扑的国内外研究现状,并总结了各类DC/DC变换器的特点及其在未来高压直流电网中的应用前景。在此基础上指出了高压直流电网用的大容量DC/DC变换器亟待研究的关键问题。所述内容为未来高压直流电网技术的研究和工程化应用提供了一定的技术参考。     

基于PLECS的双向DC/DC变换器控制策略设计

用于连接不同电压直流微网间的双向DC/DC变换器,能够实现直流微网间能量双向流动,有利于直流微网内部能量的消纳利用。分析了用于连接不同电压直流微网间双向DC/DC变换器的工作原理,提出了一种改进PI控制新策略,并通过小信号建模分析了该控制策略的稳定性,利用PLECS仿真验证了该控制策略的有效性。     

单级式隔离型三相双向AC/DC变换器及其SVPWM调制策略

为了同时实现升降压AC/DC变换和高功率因数控制,提出一种单级式隔离型三相双向AC/DC变换器及其改进型空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)策略。该拓扑具有功率因数高、升降压输出、高频电气隔离以及电能双向流动的优点,适合作为380 V直流微网与电网之间的接口变换器。它与传统的三相电压型脉宽调制整流器相比,不需要外加工频变压器或者DC/DC降压变换环节,具有功率密度更高、成本更低的优点。给出变换器的推导过程以及工作原理,提出基于该拓扑的 SVPWM 调制策略,并分析变换器的直通问题。最后,在实验室研制一台由DSP TMS320F2812控制的3kW原理样机,实验结果验证了所提出的拓扑及其SVPWM算法的可行性。     

新型无无功环流的双向隔离型DC/DC变换器

随着双向隔离型DC/DC变换器在新能源、电动汽车及柔性变电站等领域的应用日益增多,变换器拓扑也层出不穷。传统拓扑中存在的无功环流影响着变换器的稳定性及效率,成为目前亟待解决的问题。提出一种新拓扑,其优点是没有无功环流,工作效率高,动态响应快,功率双向流动。首先介绍了所提拓扑的工作原理和控制方法,并根据实际应用提出吸收回路设计方案。最后,将仿真结果与双有源全桥拓扑进行对比,并通过实验结果表明,该拓扑可以实现功率双向流动且不存在无功环流。     

高效双向DC/DC变换器

通过分析DC/DC变换器的工作方式,总结出一种应用于串联超级电容器组单体电压动态均衡电路的变换器——高效双向推挽DC/DC变换器,并选择了合适的控制芯片和驱动方式。该方案具有电路拓扑简洁、双向功率流动、控制简单、变换效率高、可靠性高等优点。     

基于开关电感的宽电压增益双向DC/DC变换器

此处提出了一种用于储能系统的基于开关电感的宽电压增益双向DC/DC变换器。该变换器在实现双向升降压的同时进一步扩大了双向变换器的电压增益,可以适应不同电压等级的储能电池;相同电压增益下功率器件占空比有效降低,进一步减小了输入电流纹波,有助于提高电池充电性能。分析了放电和充电两种工作模式的工作原理,并搭建实验样机进行验证。实验结果表明在输出电压稳定的工况下,该变换器放电模式可以实现0.5～5倍的电压增益,充电模式可以实现0.2～2倍的电压增益,证明了所提变换器的双向升降压能力和宽电压增益能力。     

三电平CLLC谐振型DC/DC变换器参数优化设计

针对直流配网高低压母线间互联的应用场景,双向三电平CLLC谐振型DC/DC变换器具有良好的应用前景。本文首先采用基波分析法对该变换器拓扑进行了简化和等效,并通过详细的理论推导研究了电路各参数对变换器增益以及软开关实现条件的影响。在此基础上提出了变换器各元件参数设计的完备的流程,并通过功能校验实现优化参数的目的。按照此设计和校验流程,基于PSCAD仿真平台搭建了双向三电平CLLC谐振型DC/DC变换器的模型,仿真结果表明该变换器不仅可以满足额定电压和额定功率的设计规格要求,还可以在从轻载到满载的全负载范围内实现软开关,且具有在负载变动时的良好的动态调节性能。本文的工作能够为双向三电平CLLC谐振型直流变换器的设计和应用提供扎实的理论依据。     

新型高频隔离双向DC/DC变换器的特性分析

随着高科技开关装置的发展,母线电压会越来越高,传统的高频隔离双向DC/DC变换器的拓扑结构将不能满足高压大功率场合的应用。为此,提出了一种基于半桥三电平结构的高频隔离双向DC/DC变换器拓扑,该拓扑不仅具有功率双向流动、易于实现软开关、电气隔离和高可靠性等优点,还使开关管上的电压应力仅为输入/输出电压的1/2。通过对新型变换器的拓扑结构进行分析,给出了变换器在移相调制策略下的基本工作特性,研究了变换器的功率流特性和软开关特性。最后,通过实验验证了理论分析的正确性。     

单相多线圈中频变压器DC/DC控制方法研究

多端直流电网是未来分布式输配电网的关键技术,不同电压等级的直流电网通过中频变压器隔离互联。目前变压器采用多电平移相控制技术因触发不同步存在器件发热不均衡、可靠性不稳定等问题。针对现有技术缺陷,提出了一种单相多线圈中频变压器级联式DC/DC控制方法,拓扑结构主要包括控制器、滤波电感和多线圈变压器。将单相变压器的每一绕组拆分为多个线圈,再将每个线圈的半桥控制模块串联,这样可以有效改善功率器件电压和电流的应力,实现电容电压自动均衡。MATLAB/Simulink仿真结果表明所设计的拓扑结构和控制方法是可行的。     

一种用于轻度混合动力汽车的高效双向DC/DC的研制

首先分析了"12+48 V"轻混系统的优势以及该系统中的重要部件,48/12 V双向DC/DC变换器,随后对该双向DC/DC变换器的研制进行了分析。提出了一种应用同步整流技术、结构简单、系统成本低、控制方法简单的主电路拓扑结构,并详细分析了电路的工作原理。选用了凌力尔特公司新开发的双向DC/DC控制芯片LTC3871,结合外部电路设计,完成了一款高效双向DC/DC变换器的研究与制作,最后给出了制作的实物及实物测试波形。