一种新型高增益零输入纹波DC-DC变换器

针对传统Boot电路升压比不高、输入电流纹波大,不适用于低电压输入分布式发电系统的问题,提出一种高增益零输入纹波DC-DC变换器。该变换器在传统Boost电路的基础上加入2个耦合电感,1个耦合电感与输入电感和电容共同组成无源零纹波单元,使变换器不受占空比的限制实现输入电流零纹波;另1个耦合电感与二极管和电容组成倍压单元,增强变换器升压能力;采用无源无损吸收电路吸收漏感能量,抑制漏感带来的尖峰电压,使开关管两端电压应力得到降低;另外,该变换器仅使用1个开关管,控制简单。最后,通过实验验证变换器的可行性。     

储能双向变流器主电路参数设计及控制策略研究

设计了一种适用于电化学储能系统的双向变流器,采用一级变换主电路拓扑结构,交流侧采用LCL滤波器,减少注入电网的谐波,直流侧采用CL滤波器,降低电池侧纹波;介绍了储能双向变流器的工作原理,给出了交流侧LCL滤波器与直流侧CL滤波器设计原则,推导出基于LCL滤波器主电路数学模型,并设计了闭环控制系统。通过仿真和试验表明,该双向变流器主电路参数设计合理,电流谐波小,直流侧纹波小,可满足大容量储能系统的工作要求。     

一种应用于新能源联合供电系统的新型多功能变换器

提出一种适用于新能源联合供电系统的新型多功能变换器,具有双输入、双输出、仅新能源输入、仅储能单元输入4种功能。当输入源和输出功率变化时系统可正常工作,适用于新能源发电随机性和间接性的特点,保证供电可靠性,使能源具有高利用率。通过控制两输入源之间的功率器件可使得双输入时的两输入源同时供电,双输出和任一单输入时实现交错控制,减小输入电流纹波。缓冲电容的引入,使变换器在各种工作情况下均具有高电压增益,低功率器件电压应力,特定情况下实现双输出和单输入时电感自动均流,减小控制难度。详细分析新型变换器的拓扑构成,各功能下变换器工作原理和输入输出关系、电压电流应力,最后通过实验验证理论分析的正确性。     

非理想电网下并网逆变器直流分量检测及抑制方法

为抑制非理想电网条件下光伏并网发电系统中并网逆变器的并网电流直流分量,提出一种基于直流侧母线电压纹波分析的间接检测及补偿方法。首先建立并网逆变器数学模型,分析并网电流直流分量产生机理;然后研究并网电流与母线纹波电压的关系,得出在非理想电网条件下,并网电流直流分量可等效为母线纹波电压的奇倍频纹波分量的结论;通过分段积分一个电网周期的母线电压求得并网电流直流分量解析式,以该式为反馈量加入系统控制环节可有效抑制并网电流直流分量的产生。最后通过仿真和实验验证所提方法的可靠性。     

基于母线电压纹波分析的并网逆变器直流分量检测及抑制方法

为限制光伏逆变器的并网电流直流分量注入电网,提高光伏发电电能质量,提出一种基于直流侧母线电压纹波分析的直流分量检测及补偿方法。该算法以LCL滤波的光伏并网逆变器数学模型为基础,推导分析直流母线电压纹波产生机理,得出直流母线工频纹波由并网电流直流分量产生的结论;通过对一个周期的母线电压分段积分可解析获得直流分量定量描述关系,并利用该解析值实时在线修正并网参考电流,结合电网电压前馈、并网电流外环、电容电流内环的复合控制算法设计电流控制器。仿真与实验结果表明,在不增加外围硬件电路的情况下,该算法可有效抑制并网电流直流分量。     

一种集成Y源网络的高升压DC-DC变换器

提出一种集成Y源网络的高升压DC-DC变换器。合理利用Y型支路,一路绕组匝比大于1,另一路绕组匝比小于1,选择合适的匝比组合,能实现比传统耦合电感更高的电压增益。在实现电压高增目的的同时,降低了开关管的电压应力。所提变换器具有传统Boost变换器输入电流连续的优点,且输入电流纹波小,这有利于电池、燃料电池和光伏组件应用。加入的无源钳位结构可将开关管关断时电压尖峰钳位至较低的电容电压,提高了变换器效率、减小了变换器的电磁耦合影响。实现了耦合电感器的零电流偏置,便于小磁芯体积的选择和低磁芯损耗。该文针对所提变换器的工作原理、特性以及参数设计进行详细说明。实验室搭建一台200 W的28 V输入和380 V输出的实验样机验证了所提变换器的可行性。     

考虑储能优化的直流微电网协调控制研究

文章提出一种基于移相控制双半桥变换器的独立直流微电网协调控制策略。该策略以稳定母线电压和平衡系统有功功率供需为主要目标,根据母线电压波动改变移相角控制储能电池功率,确保独立直流微电网稳定可靠运行。采用双半桥变换器可实现储能电池电气隔离,移相控制可提高双半桥变换器升压比,进而提高储能系统的安全性。利用Matlab/PSIM联合仿真平台搭建独立直流微电网模型进行分析,仿真结果表明该协调控制策略可稳定储能电池输出功率,扰动发生时电压波动小、响应速度快,有效提高了系统可靠性。     

一种基于两电感变换器的高压侧移相调制策略

针对电流型两电感变换器存在的高电压尖峰和硬开关问题,以电流型两电感双向直流/直流(direct current/direct current,DC/DC)变换器为基础提出一种高压侧移相的调制策略,使其更适合应用于燃料电池汽车中。该调制策略采用定频PWM控制,在全负载范围内可实现低压侧开关管的自然换流和零电流开关(zero current switch,ZCS)关断,进而抑制关断电压尖峰;通过调节低压侧开关管占空比,可调节变换器功率和增益;通过调节高压侧移相角,可调节电流峰值,控制漏电感电流有效值,从而降低电路整体导通损耗,提升变换器效率。该文首先介绍电路的升压和降压模式的工作原理,然后分析占空比和移相角对电流有效值的影响,最后建立一台400 W的样机,对所提调制策略进行实验验证。     

一种应用于光伏系统的软开关双向直流变换器

文章设计了带有源缓冲电路的软开关双向直流变换器,在光伏系统高压侧与低压侧能量交换的过程中,该变换器通过有源缓冲电路实现了其开关管的软开关,很好的解决了开关管寄生二极管的反向恢复问题。根据文章理论试制了一台200 W样机。由实验可知,变换器在boost,buck工作模式下均实现了其开关管的零电压开关,有效减少了变换器的开关损耗。与传统双向直流变换器相比,文章提出的软开关双向直流变换器在较大的负载范围内具有最优效率曲线,表现出良好的性能。     

一种能够抑制共模电流的单级单相Buck-Boost光伏逆变器

该文给出一种能抑制共模电流的单级单相Buck-Boost光伏逆变器,该逆变器是通过将H桥逆变器与Buck-Boost斩波电路级联以及对相关的元件进行复用并对电路进行简化得到的,可同时实现升降压以适应宽输入范围的直流侧电压,无电解电容应用且具备有效抑制漏电流的能力,保证系统的可靠性和安全性,非常适用于中小功率光伏系统。此外,利用一种基于调制波重构的非线性调制策略,能显著降低直流侧储能电感大小,有效提高功率密度,实现均衡升降压。详述其工作原理,通过共模分析验证其能对阴阳两极漏电流实现有效抑制以及新型调制策略下可实现均衡升降压控制。在理论分析基础上,完成逆变器并网控制的仿真和实验,结果与理论分析相契合。     

基于宽禁带元件的电池储能用双向直流变换器

为了保证微电网电能质量,微电网须配备储能系统协助可再生能源实现削峰填谷。文章针对低压电池储能系统,设计了一种全氮化镓(GaN)高频双有源桥型双向直流变换器,详细分析了电感、变压器运行参数,并建立和分析了变换器运行损耗模型。设计了高频条件下氮化镓驱动电路,并对线路与半桥电路的布局进行优化。对双有源桥变换器样机进行双脉冲测试试验,试验结果验证了样机驱动电路设计的合理性与氮化镓开关管的特性,并通过对比实验验证了样机在同一工况、不同调制策略时三重移相调制策略的优势。     

纯电动船复合储能系统的设计与优化

针对纯电动船中的动力电池组易受瞬态大电流的冲击、使用寿命短等问题,提出以磷酸铁锂电池和超级电容为核心的复合储能系统方案,进行理论分析,并采用DC/DC变换器以更好地发挥超级电容性能。采用带精英策略的非支配排序遗传算法进行多目标优化选型,结合能量管理策略,实现储能系统的优化配置。仿真结果表明,得到的选型方案结合以模糊控制为核心的能量管理策略能够很好地应对波动性负载。     

基于两级全钒液流电池的风电储能系统的功率优化分配控制

为更好地利用储能系统平抑风电功率波动,采用了两级全钒液流电池(VRB)储能的功率优化分配及控制策略。基于直驱型永磁同步风电系统的工作原理及系统变流器的控制策略,建立了全钒液流电池等效电路模型,采用基于VRB组荷电状态(SOC)的双模式切换的双闭环控制策略,通过比较每级电池组荷电状态值确定优选目标,以VRB组最大充放电功率为电池组安全充放电的约束条件,提出两级VRB组的功率优化分配控制策略,利用Matlab/Simulink仿真平台,在变风速条件下对不同荷电状态的两级VRB储能系统平抑风电功率波动进行仿真,并与功率平均分配策略作对比。结果表明,两级VRB储能系统功率优化分配控制策略能有效平抑风电机组功率波动,同时,还确保了电池组工作于安全运行区域,有效地减少了VRB组的充放电次数,延长了电池组的寿命。     

DFIG-DVR系统在不平衡电网电压下的运行特性

针对双馈风电机组(DFIG)在电网电压不平衡时,二倍频扰动分量会造成定转子过电流、功率脉动、转矩脉动等一系列电气和机械的问题,提出了新型DFIG-DVR系统,即串联DVR始终维持DFIG定子端电压恒定,从根源上隔离电网不平衡故障的影响,从而在整个故障运行过程中,DFIG仍可以实现转子侧变换器功率解耦控制和网侧变换器维持直流电压恒定的目标。采用PSCAD/EMTDC建立DFIG-DVR系统模型,对比分析了电网电压不平衡时DVR的不投切与投切对DFIG的影响。结果表明,在电网电压不平衡条件下,所提控制方案可以实现DFIG的平衡运行。     

Application and control of super capacitor in high-speed railway regenerative braking energy storage

针对高速列车在制动过程中产生的再生制动能量得不到有效利用的问题,提出一种基于超级电容（supercapacitor,SC）的高速铁路再生制动能量存储方案。该方案以铁路功率调节器（railway power conditioner,RPC）作为接口电路,将储能装置与牵引供电系统连接在一起,采用超级电容作为储能介质,通过双向DC/DC变流器与铁路功率调节器直流侧相连,从而实现能量存储与补偿负序电流的功能。在研究储能方案拓扑结构的基础上,分析了负序电流的补偿原理,并根据补偿原理研究了储能方案的控制策略,对RPC两变流器采用滞环控制的方法,对储能装置中的双向DC/DC变流器采用电流闭环的控制方法。仿真结果表明,所提出的存储方案能够有效回收利用高速列车产生的再生制动能,并对负序电流进行补偿,改善电网侧电能质量。     

电化学储能电站NPC三电平变流器仿真建模研究

利用仿真软件及实验设备对中点钳位型（NPC）三电平储能变流器进行研究。首先建立1500 V高压直流储能系统,其能量密度、功率密度、系统循环效率较高,且成本和占地面积较低,正逐渐成为主流;然后建立单台NPC三电平变流器（PCS）模型,结合储能系统、滤波电路、变压器等形成电站基本结构,并将多台设备并联建立储能电站模型;最后通过dq坐标系全解耦控制策略实现对PCS输出功率的控制,从而实现与电网的功率互动。仿真和实验结果表明,储能电站可迅速切换充、放电工作状态,并准确跟踪目标功率,输出波形良好、畸变率低的并网电压,从而实现对电网的调节。     

Design and implementation of an energy efficient power conditioner for fuel cell generation system

The energy use of the world grows continuously and the development of a clean distributed power generation becomes environmentally important. Fuel cells are one such integral part of Renewable Energy Sources based clean energy supply; that they operate with hydrogen as fuel and water with heat as process waste. Due to the electrochemical reaction, fuel cell has the power quality of delivering low voltage with high current capability. Here an attempt is made to develop a power conditioner with a series of conversion to get a 220 V sinusoidal AC, 50 Hz single phase voltage of low distortion and fast dynamic regulation to cater load variations. A novel Polyphase Boost DC-to-DC switching converter based on parallel connection of 8 identical converters with current mode control is devised to have minimum reflected ripple current and voltage injected to fuel cell input. A full bridge converter with high frequency transformer isolation, step-up the DC voltage level from the low voltage fuel cell along with poly phase boost converter, deliver required DC to the PWM inverter, which generate AC utility power output. Recent trend of Ultra-capacitor based transient energy storage and retrieval system, to cater for the sluggish behavior of fuel cell, for load transients is incorporated. DSP and FPGA based digital real time controllers are used to realize the gating of MOSFETs and IGBTs used in the power conditioner. A 1 kW power conditioner is developed for a PAFC fuel cell system with 12 V DC nominal and their performance evaluations are satisfactory.     

Non-isolated multiphase boost converter for a fuel cell with battery backup power system

This work describes a step-up non-isolated DC/DC converter aimed for fuel cell stand-alone power systems. The proposed converter has the following features: simple structure based on the basic boost topology that reduces the number of components; it uses the interleaving technique in order to reduce the current ripple at the input and output sides, reduction of the inductors size, higher frequency that reduce the output filter capacitor and easier power losses management. In addition, the use of an inner current control loop in the input side assures power sharing and easy module parallelization. The converter feeds a backup battery that maintains a DC voltage level at the main bus. An outer battery-charging loop controls the converter. Experimental validation is given for a four-phases 1 kW prototype at 100 kHz PWM switching frequency connected to a Nexa Ballard (1.2 kW-46 A) PEM fuel cell.     

一种适用于BESS的交错并联双向DC/DC变换器

针对现有电池储能系统(BESS)双向DC/DC变换器(BDC)电压增益低和开关器件电压应力高等特点,提出一种适用于BESS的两相交错并联BDC。该储能系统(ESS)能有效结合Z源网络和交错并联结构的优势特性。详细分析了该ESS的工作原理、Boost和Buck模式,并推导出2种工作模式下的电压变化比。同时对该ESS两相交错并联BDC的带逻辑判断单元的载波移相控制策略进行了详细介绍。在Matlab/Simulink中搭建仿真实验模型,验证了该ESS各工作模式下的主要工作波形。仿真实验结果表明该系统具有电压增益高、开关器件电压应力低和各相电感之间能实现自动均流等优点。     

一种适用于BESS的交错并联双向DC/DC变换器

针对现有电池储能系统(BESS)双向DC/DC变换器(BDC)电压增益低和开关器件电压应力高等特点,提出一种适用于BESS的两相交错并联BDC。该储能系统(ESS)能有效结合Z源网络和交错并联结构的优势特性。详细分析了该ESS的工作原理、Boost和Buck模式,并推导出2种工作模式下的电压变化比。同时对该ESS两相交错并联BDC的带逻辑判断单元的载波移相控制策略进行了详细介绍。在Matlab/Simulink中搭建仿真实验模型,验证了该ESS各工作模式下的主要工作波形。仿真实验结果表明该系统具有电压增益高、开关器件电压应力低和各相电感之间能实现自动均流等优点。