一种新型组合式DC/AC变换器

为了克服传统DC/AC变换器不能实现软开关控制或者需要使用高频变压器的缺点,介绍一种新型组合式DC/AC变换器拓扑,并介绍其工作原理。从系统控制的角度,对新型DC/AC变换器进行研究,借助于PSIM仿真软件,比较不同信号频率和不同输入电压的设计效果,列出仿真参数,给出负载电压以及调制给定电压和变换器输出电压的仿真结果。工频实验结果表明新型DC/AC变换器可以实现高频功率变换下交流逆变输出,证明理论分析的正确性。     

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。     

基于能量平衡的模块化多电平变换器调制方法

基于模块化多电平变换器（modular multilevel converter, MMC）的DC/DC变换器因其模块化结构,容易实现低中高压之间的电压转换而广泛应用于直流配电网。该文研究了一种基于模块化多电平变换器的电隔离双向DC/DC变换器,根据DAB变换器的典型两电平电压波形,提出了一种基于能量平衡的模块化多电平变换器调制方法,可以在离散水平上产生适应的电压增益,并对MMC桥臂子模块电压平衡关系和能量平衡关系进行了理论分析,最后通过仿真方法验证了所提出的基于能量平衡的模块化多电平变换器调制方法的性能要优于经典能量平衡策略。     

模块化多电平型高压DC/DC变换器的研究

模块化多电平型(modular multilevel)高压DC/DC变换器采用模块化结构,能够很容易通过子模块串联的方法得到较高的电压和功率等级,适用于高压大功率直流变压场合。该DC/DC变换器采用由两个模块化多电平换流器MMC(modular multilevel converter)组成"面对面相连"的结构,其本身具有直流侧故障保护的功能,无需采用直流断路器进行保护,变压器的存在可实现了电气隔离。目前针对此拓扑结构的研究尚处于起步阶段,其基本运行方式仍是研究的重点和难点。本文具体描述了模块化多电平型高压DC/DC变换器的拓扑结构,并且分析了其本身具有直流侧故障保护功能的作用机理。在此基础上,从调制策略、电容电压平衡策略及功率控制策略三方面对控制器进行设计。最后,通过建立仿真模型和搭建单相结构的实验平台,验证了所提基本运行方式的有效性。     

非隔离型模块化多电平DC/DC变换器的最小化桥臂环流控制

用于中高压直流电压转换和直流电网互联的高压大功率直流变压器一般采用中间交流变压器,存在损耗高和体积大等不足。对一种非隔离型的模块化多电平DC/DC变换器进行了研究,与普通双有源桥式DC/DC变换器相比,避免了交流变压器的存在。首先分析了此变换器的工作原理,建立了变换器的等效数学模型。考虑子模块电容电压存在特殊的不平衡,变换器需要引入交流循环电流,提出了一种保证桥臂功率均衡的最小化桥臂环流的控制策略,减小了桥臂电流的交流分量,降低了变换器的损耗。在Matlab/Simulink中仿真验证了变换器的性能和最小环流控制策略的有效性。最后搭建实验平台进行了实验验证。     

基于电动汽车装置DC/DC变换器的研究

电动汽车应用越来越广泛,针对电动汽车中大功率DC/DC变换器的要求,提出了一种三电平软开关正反激直直变换电路拓扑,不仅拓宽了变换器输入电压范围,而且增大了变换器的变换功率。另外,随着高科技的发展,高频化要求不断增加,从而使电路对开关器件的性能要求也逐渐的提高。为了提高开关器件的响应性能,减小开关器件的损耗,提出的电路拓扑中通过增加一个软开关辅助电路,从而能在较宽的负载范围内实现了开关管的零电压开断,有效地减小开关管的损耗,提高了DC/DC变换器的变换效率,则缩小了电动汽车的成本。     

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。     

自适应下垂控制的三电平DC/DC并联均流方法研究

分析传统下垂控制的三电平DC/DC变换器多模块并联均流电压偏差较大,且各并联模块功率不均分的原因,提出了一种自适应下垂控制的三电平DC/DC变换器多模块并联均流控制方法。通过实时采集各并联变换器的电压和电流,建立变换器下垂系数与负荷功率之间的数学模型,自适应调整下垂系数使直流母线电压跟随给定值。构建直流微电网仿真模型,在相同工况下利用MATLAB/Simulink软件平台,仿真分析传统下垂控制和自适应下垂控制对三电平DC/DC变换器多模块并联直流母线电压降落和功率分配进行对比分析,验证了自适应下垂控制对三电平DC/DC变换器多模块并联的可行性,实现了不同额定功率的三电平DC/DC变换器间的“功率均分”,同时极大的改善了由于线路阻抗导致的电压降,提高了直流母线的电能质量。     

电力电子变压器用混合三电平双向DC/DC功率模块设计

高压隔离双向DC/DC变换器模块是电力电子变压器电压隔离和变换中的主要环节。为提升模块高压侧直流工作电压,减少模块级联数量,降低功率变换部分的占地尺寸和控制复杂度,采用混合三电平拓扑设计电力电子变压器功率模块。分析混合三电平双向DC/DC变换器的工作原理,对电路中的主要参数进行设计,并基于SiC功率器件完成了样机的设计,最后对样机进行了试验验证。试验结果表明,混合三电平双向DC/DC变换器工作特性与传统全桥双向DC/DC变换器一致,效率最高达到98.7%。三电平双向DC/DC变换器以较低成本和控制复杂度,提高了子模块高压侧直流工作电压,使电力电子变压器系统功率模块数量减半,有效降低了电力电子变压器的尺寸。     

基于三端口双向DC/DC变换器的高增益组合式交直流变换器

储能系统是保证新能源供电系统、微网及大电网安全、稳定、可靠运行的关键。为了应对储能电池电压低对双向交直流变换器电压增益和效率等带来的挑战,提出了一种基于高增益比三端口双向DC/DC变换器的组合式双向交直流变换器。基于交流侧电压周期性波动的特点,利用三端口双向DC/DC变换器同时提供高压母线端口和低压母线端口,使得部分功率仅需经过低电压增益直流变换环节处理,为高增益高效率双向交直流变换提供了有利条件。详细分析了双向组合式交直流变换器的系统架构和工作原理,给出了前后级变换器的调制和控制策略,并分析了组合式交直流变换器的功率传输特性。最后,通过实验结果验证了理论分析的正确性和所提方法的有效性。     

一种基于CSC-VSC的DC/DC换流器及其控制策略

在能源互联网建设中,DC/DC换流器是实现不同直流电压等级的可再生能源并网的必要环节,引起了广泛的研究。DC/DC换流器的体积、成本、动稳态性能和故障性能是其广泛应用的限制因素。为此,提出了一种并网端采用有源电流源换流器、分布式能源端采用电压源换流器的front-to-front混合DC/DC换流器,其中CSC和VSC交流侧采用高频率正弦波调制。所提出的基于CSC-VSC的混合DC/DC换流器具有体积小、成本低、可穿越直流短路故障等优点。通过对混合DC/DC换流器数学模型的分析,提出了换流器参数设计方法,给出了换流器运行范围约束。再提出了一种适用于混合DC/DC换流器的综合控制策略,其中CSC采用有功无功闭环控制、VSC采用交流电压幅值闭环控制。利用RTLAB半实物仿真平台分别对混合DC/DC换流器额定运行工况和直流短路工况进行了实验研究,结果验证了所提混合DC/DC换流器拓扑和控制策略的合理性和有效性。     

交直流微电网互联变流器控制策略

交直流混合微电网是未来智能电网的重要组成部分,文中给出了交直流混合微电网的典型拓扑和4种运行模式,并对每种运行模式的功率平衡关系进行了详细分析。针对低压交直流微电网中阻抗比通常较大的特点,设计了适合低压微电网的电压—有功功率控制策略。对交直流混合微电网中互联变流器的功率传输关系和控制作用进行了深入分析,提出了适用于交流微电网和直流微电网之间互联的新型控制策略。根据互联变流器直流侧电容在功率交换中的作用,推导了传输功率与两侧电压之间的函数关系。在PSCAD/EMTDC仿真平台上进行了仿真分析,结果表明,在混合微电网脱离大电网的情况下,互联变流器能够很好地维持交直流两侧功率平衡,保证了交直流两侧电压质量。     

向无源网络供电的LCC-MMC混合直流输电系统控制策略

电网换相换流器和模块化多电平换流器(LCC-MMC)混合直流输电系统兼顾了两种换流器的技术优势和经济优势,具有较好的应用前景。无源网络装设容性滤波装置能够起到平滑交流电压波形、提供电压支撑等作用。首先通过理论推导,建立了含容性滤波装置的模块化多电平换流器数学模型,基于dq理论,提出了模块化多电平换流器的无源解耦控制策略。针对送端电网换相换流器侧交流故障可能导致的功率中断等问题,从电网换相换流器和模块化多电平换流器的控制机理出发,分析了故障阶段及故障后的系统响应特性,并进而提出了送端交流故障穿越附加控制策略。为验证上述控制策略的有效性,在PSCAD/EMTDC内建立了一个LCC-MMC混合直流输电模型。通过受端电压频率变化和送端交流故障仿真,验证了所提控制策略的可行性和有效性。     

一种中压直流短路故障下不间断运行的MMC-SST拓扑及控制

多端口固态变压器是多电压形态多电压等级的交直流混合电网的核心设备,模块化多电平(modular multilevel converter,MMC)型固态变压器(solid state transformer,SST)具有中压直流端口,可接入中压直流配电网,构成多区域交流配电网的柔性互联,提升区域网络间功率灵活调节能力。而采用传统的MMC-SST拓扑及控制,中压直流线路短路故障会引起低压端口供电中断。文中提出一种混合型MMC-SST的拓扑及控制,其具备中压交流、中压直流和低压交直流端口,通过控制使其具有中压直流短路故障耐受能力,同时故障期间保持中压交流和低压端口的不间断功率交互,从而提升低压用户供电可靠性。分析MMC-SST在正常运行和中压直流故障不间断运行控制下内部能量平衡机理,提出中压直流短路故障下电容电压平衡及不间断运行控制策略,实现MMC-SST中压直流短路故障时不间断稳定运行。通过理论分析,仿真与物理动模实验,验证了所提拓扑及控制的可行性及有效性。     

应用于模块化多电平直流变换器的阶梯波调制策略

在直流配电网中,模块化多电平直流变换器MDCC(modular multilevel DC/DC converter)以模块化多电平变换器结构为基础,是实现不同电压等级直流母线电压变换和电能双向传输的核心装置。探讨MDCC的高频链阶梯波调制策略,并采用傅里叶级数建模,可有效简化阶梯波建模和分析过程。此外,阶梯波调制可有效减小高频链电压dv/dt、谐波和无功含量,提升MDCC整体效率,促进MDCC在直流配电网中的应用。     

交直流微电网AC/DC双向功率变换器控制策略

为了实现交直流混合微电网的可靠并网,基于微电网中AC/DC双向功率变换器下垂控制策略和预同步工作原理,提出一种适用于混合微电网中连接交直流子网的AC/DC双向功率变换器的控制策略。孤岛/并网模式时采用双向下垂控制实现双向功率流动。在由孤岛模式转为并网模式时,利用消除dq轴电压偏差实现幅值与相位同步,无需通过锁相环获取相位信息,实现平滑并网。同时,针对微电网中由于不平衡负载导致的三相不平衡工况,采用正负序分别控制的方法实现了非理想工况下微电网的同步互联。仿真结果验证了该方案的可行性。     

基于扰动观测器的孤立交直流混合微电网双向AC/DC换流器电压波动控制策略研究

针对孤立交直流混合微电网中双向AC/DC换流器在外界扰动下出现电压波动的问题,设计了一种应用于双向AC/DC换流器的母线电压扰动观测器,以实现在分布式电源出力和负荷功率变化等外界扰动情况下对系统扰动量的快速跟踪,且无需增加额外的电压或电流传感器,保证了交直流混合微电网内分布式电源和负荷的即插即用功能。进一步地提出了基于扰动观测器的孤立交直流混合微电网双向AC/DC换流器电压波动控制策略,以有效抑制暂态电压波动和冲击,提高了孤立混合微电网在不同扰动下的动态响应性能和鲁棒稳定性。在PSCAD/EMTDC平台上搭建了孤立交直流混合微电网仿真模型,通过在不同暂态过程下的仿真测试验证了所提方法的有效性和正确性。     

交直流混合微电网互联变换器功率流动的柔性控制策略

针对交直流混合微电网系统间功率动态平衡以及分布式电源利用率不高的问题,提出一种适用于混合微电网互联变换器功率流动的柔性控制策略,所提策略无需通信且可灵活分配功率。首先,对交流子微电网与直流子微电网所连分布式电源采用的下垂控制方式进行详细的分析。然后,针对互联变换器需维持交流微电网侧频率与直流母线电压的稳定以及功率双向传输的特点,对混合微电网交直流接口的虚拟惯性进行分析,推导出交流频率与直流电压之间的线性耦合关系,以实现交直流两侧功率的相互支撑。最后,在DIgSILENT软件上建立典型的交直流混合微电网模型,验证了所提互联变换器功率控制方法的有效性。仿真结果表明,在离网情况下采用所提控制策略时,互联变换器可较好地维持交直流两侧功率平衡并提升电能质量,充分利用了分布式电源的功率调节能力。