新型电力变换装置-矩阵变换器

交流电力变换器发展到今天,已经出现了3个基本平台．即交直交电力变换器平台、传统周波交交变换器平台和矩阵变换器平台。目前用量最大的是基于交直交变换的通用变频器,这种变换器已经产品化和实用化。它是通过两级电力变换器实现的,由3个环节构成,即整流器、直流环节和逆变器。这种变换器存在以下缺点：一是电网功率因数低（一般在0．5左右）;二是电磁兼容性（EMC）较差。     

电力电子变换器功率因数校正技术现状及趋势

本文简要分析了电力电子设备功率因数低的主要原因；分别介绍了单相功率因数校正技术(包括传统的PPFC、填谷方式：PPFC、电荷泵式PPFC、两级APFC和单级APFC)和三相功率因数校正技术(包括单相PFC、组合式三相PFC电路、单开关PFC电路和六开关PFC电路)的电路原理、特点，并给出了应用电路；最后展望了功率因数校正技术的发展前景。     

单相PFC变换器中电流型控制的发展

传统的电压型控制是一种单环控制系统，是一种有条件的稳定系统。因而出现了双环控制系统即电流型控制系统。从原理、应用方面系统地论述了单相PFC变换器中电流型控制的发展，阐述了各种控制方法的优缺点。     

变频空调功率变换器功率因数校正研究

在给出非正弦波电流功率因数的定义基础上，提出了一种改善变频空调器功率因数的电路，说明其工作原理，并给出了仿真电流波形和电流谐波频谱波形。实验结果证明：改进后的变频空调器在改善功率因数方面是有效的，并在实际中获得了运用。     

燃料电池电力变换器的低频纹波电流抑制策略

燃料电池电力变换器通常包括直 — 直及直 — 交2级变换器,而直 — 交变换器通常会产生2倍于输出频率的纹波电流并反向传播到燃料电池输出端。低频纹波电流会造成燃料电池系统的燃料浪费,减小电力变换器的输出能力,更重要的是减少燃料电池堆寿命,所以必须得到有效抑制。文中论述了燃料电池电力变换器纹波电流产生的机理及传播途径。在此基础上提出了一种能有效抑制电流纹波的新型控制器,并应用在一个1.2 kW的质子交换膜燃料电池电力变换器样机上。实验证明该控制器能有效抑制电流纹波产生,并实现了电力变换器的指令电流控制。     

矩阵式电力变换器的无功功率分析

对直接式和间接式的矩阵变换器的输入无功功率进行了理论分析。以交流电源和变频调速应用为例,分析了矩阵变换器输入无功功率性质和量值的调节规律,得出一些有意义的结论,如矩阵变换器的输入端有一定的无功功率率调节范围;功率因数角可设定为正、负或零;直接式阵变换器的输入功率因数角调节范围与负荷阻抗有关,而间接式的功率因数角调节范围与电压增益有关。     

Boost PFC变换器电流前馈控制研究

正功率因数(Power Factor Correction,PFC)变换器的负载发生扰动时,若仅仅通过电压控制器进行调节,直流输出电压会出现较大的波动,严重影响系统的动态特性。针对上述问题,在分析变换器实现单位功率因数运行的工作原理基础上,建立了系统的小信号模型,并构建系统的等效电流环模型以及对电压外环模型进行了简化。在小信号平均模型的基础上,设计负载电流前馈控制器,确定了前馈系数。结合仿真和试验验证了分析设计的正确性,明显提高了系统对负载扰动的抗干扰能力。     

基于直接电流控制的并联型PFC变换器研究

提出了并联型功率因数校正(PFC)的概念,揭示了基于直接电流控制的并联型有源电力滤波器(APF)和传统PFC技术的内在联系。并联型PFC兼具并联型APF和传统PFC的优点,即只需处理谐波和无功功率,装置容量小,效率高,且无需计算谐波及无功电流,就能实现单位PFC,且控制简单。在此详细分析了并联型PFC变换器的工作原理,建立了系统的小信号模型,并对系统参数进行优化,最后通过1 kW,20 kHz的原理样机验证了并联型PFC系统具有良好的谐波补偿效果和PFC性能。     

电力电子变换器建模综述

简要回顾了电力电子变换器的建模的发展过程,综述了有关研究及应用情况,并对常用的一些建模方法进行了简单的分析,指出其在应用中的一些特点、适用情况,最后展望了电力电子变换器建模技术的发展趋势。     

全桥隔离型单相单级功率因数校正变换器研究

隔离型单相单级全桥功率因数校正(SS-FB-PFC)变换器具有高功率密度、高功率因数、电气隔离等特点,适用于中大功率应用场合。介绍了该变换器的工作原理,建立了其动态模型,进行补偿器设计,提升了系统的稳态调节和动态响应能力。在此基础上分析SS-FB-PFC电路固有的隔离变压器偏磁产生机理,基于数字控制技术提出一种简单的SS-FB-PFC变换器解决方案,该方案易于实现,且能避免原有控制方式带来的变压器偏磁现象,与传统偏磁抑制方案相比不增加电路成本和复杂度。最后,通过实验验证了电路拓扑及控制方案的有效性。     

电动汽车双向功率变换器研究

采用双向功率变换器可以实现电动汽车的驱动行驶及再生制动的能量回收。详细叙述了大功率IGBT驱动板2SD315A的使用方法。通过计算和实验调整确定了功率开关管、缓冲吸收回路和驱动电路的相关元件参数。研究结果表明,双向功率变换器既可实现驱动时的降压变换,也可实现再生制动时的升压变换;变换器可长时间工作在不同工况下,其可靠性和稳定性得到了验证。     

燃料电池车用大功率DC/DC控制系统的研究

燃料电池发动机是燃料电池汽车的主要动力源,具有节能与环保的优点,但同时也存在输出特性软,动态响应时间慢,以及变工况适应性差的不足。DC/DC变换器可以弥补燃料电池发动机的上述缺点,实现对整车能量流动的控制,是燃料电池电动车(Fuel Cell Electric Vehicles,简称FCEV)的关键零部件之一。研制的90kW DC/DC变换器采用了输入输出复合切换控制方法,能够根据整车控制器的要求,满足在各种工况下的稳压、稳流输出,同时还具有响应快,转换效率高的特点。该变换器已装载于国内多台FCEV中,零故障累计运行6万多公里。     

基于直接功率控制的AC-AC换流器控制策略研究

采用SVPWM的AC-AC换流器技术已经在实际中得到广泛的应用。针对AC-AC换流器控制方法,本文研究了一种新的控制策略,即直接功率控制(direct power control,DPC)策略。该控制策略实时检测和计算换流器的瞬时有功功率和无功功率,与给定的有功与无功功率值进行比较,发出控制信号,控制瞬时无功功率和瞬时有功功率在允许的范围。通过直接对系统的有功与无功进行控制,并网变流器能方便地实现以单位功率因数或者接近单位功率因数向电网馈送能量。最后,基于Matlab/Simulink的数字仿真验证了所设计的控制器具有很好的控制性能。     

基于直接功率控制的AFE变换器研究

研究了一种基于直接功率控制(DPC)的有源前端(AFE)变换器,该变换器具有网侧电流正弦、功率因数高、直流电压恒定、动态和稳态性能好、能量可双向流动等优点.首先,建立两相同步旋转坐标系下AFE变换器的功率控制模型,在此基础上外环采用电压平方控制,并采用电压给定值斜率限制,改善启动性能;内环采用功率前馈解耦控制,结合瞬时功率理论,用空间矢量算法取代开关表控制,解决传统DPC中开关频率不固定的问题,实现了对有功功率和无功功率的无耦合独立控制.仿真和实验均验证了该控制策略正确可行.     

基于虚拟同步机的电动汽车双向变流器功率控制

在电动汽车储能充放电领域,对电动汽车双向变流器运用虚拟同步机(VSM)技术,可以实现与电网的友好交互与电能质量的显著提升.因此按照同步电动机的理论模型建立系统仿真模型,采用功率控制的控制策略对电动汽车双向变流器进行控制.研究了在电网电压暂升暂降故障以及网侧功率剧烈波动时,选用传统下垂控制策略与采用虚拟同步机技术的电动汽车充/放电器的动态行为.并对电网中电动汽车充电器在充/放电模式下经历此过程的耐受特性进行分析验证.仿真结果证明了研究方法的有效性与正确性.     

基于单周期控制的双频Boost功率因数校正变换器

在传统高频Boost PFC变换器的基础上叠加低频单元,提出了一种基于单周期控制技术的双频Boost PFC变换器。在提高系统性能的同时,提高变换器的效率,适用于大功率场合的应用;控制方式采用单周期控制,简化了控制电路。试验结果表明：该变换器具有较高的功率因数和转换效率,验证了理论分析的正确性。     

三电平半桥PFC变换器控制方法的研究

研究半桥三电平PFC变换器的几种控制方式：输入电压过零检测控制方式、直接控制方式、复合控制方式。详细分析了输入电压过零检测控制方式中输入电流在输入电压过零点附近发生畸变的原因。复合控制方式能很好的改善输入电流波形。给出了相应的仿真和实验验证结果。     

基于预测电流控制的三电平4象限变流器研究

为了实现变流器网侧电流正弦化,输入端高功率因数和开关器件承受低电压应力,介绍了一种单相三电平4象限变流器的电路,分析了其工作模式,推导了其数学模型,为了易于数字化处理器实现,探讨了一种类似于SVPWM控制的新型预测电流控制策路.该控制算法不仅能够离散化实现,而且能够弥补三电平变流器直流侧电容电压不平衡的先天性缺陷.仿真结果表明:该控制策略能有效地抑制注入电网的谐波,实现交流输入端高功率因数和能量的双向流动,系统具有很好的动态特性.     

基于矩阵式变换器的无刷双馈电机控制

开环运行的无刷双馈电机,其动态响应和稳态特性远远达不到最优,但由于其仅有一套绕组是可控的,驱动控制要比普通电机复杂。在无刷双馈电机转子速电流源数学模型的基础上,提出一种基于矩阵式变换器的功率因数控制和转速控制的闭环方案。仿真表明,该方案可以平滑转速,加快功率因数调节。     

基于半桥Boost变换器的功率因数校正技术研究

研究了高功率因数单相半桥升压变换器,该变换器具有单位功率因数、能量双向流动、效率高等优点.分别对基于数模混合控制的恒定迟滞环宽电流控制技术和全数字控制平均电流法进行了研究.采用半周期控制,既可以消除开关死区又可以减小开关及驱动损耗,提高了效率.分析了半桥PFC的工作模式,研究了数模混合和全数字控制策略及数字PI算法.设计了1kW实验样机完成实验验证.