级联H桥型电力电子变压器平均值模型

针对电力电子变压器仿真效率较低和死区效应越来越显著的问题,基于级联H桥型双有源桥结构电力电子变压器,提出一种考虑死区效应的平均值模型。首先,计及寄生参数将双有源桥单元简化为一阶RL电路,分析各个死区工况下电压电流特性,求解电流的平均化解析表达式,通过等效电流源代替全桥及高频变压器实现对双有源桥单元的平均值建模。其次,基于状态空间平均法,通过占空比将H桥整流单元各工况整合为一个统一的模型,进而使用受控源代替H桥整流单元与交流电网、双有源桥的接口电路。最后,建立输入侧串联输出侧并联型的级联H桥型电力电子变压器平均值模型并给出计算流程。在PSCAD/EMTDC仿真软件上分别搭建电力电子变压器详细模型与平均值模型,仿真结果表明所提出的模型具有较高的精度和运行效率。     

多有源桥型PET开关死区的电磁暂态等效建模方法EI北大核心CSCD

电力电子变压器(power electronic transformer,PET)可实现多电压等级和电能形态变换,将在柔性直流配电网中发挥重要作用。随着电力电子器件开关频率的不断提高,死区的影响已不容忽略。目前,针对死区的分析均基于仿真效率极低的详细模型,而采用平均值建模思想的加速模型虽然可以考虑死区的整体影响,但无法准确反映PET内部暂态特性。为在反映开关死区精度的同时提高效率,需要在PET的电磁暂态等效模型中集成开关死区的功能。基于此,该文以多有源桥型PET拓扑为例,首先基于其等效电路的生成过程和开关死区的控制策略,将死区分为单侧死区和双侧死区,并分别进行等效建模。随后针对不同的死区设置和控制参数,建立不同模式的多有源桥型PET的死区电磁暂态等效模型。最后,在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建电磁暂态详细和等效模型,对比结果表明,考虑死区的PET等效模型可以提高整体仿真精度,并且具有较高的加速比,因此可以更好地满足工程测试和仿真需求。     

基于MAB的PET多线程并行等效建模方法

基于多有源桥(multiple active bridge,MAB)的电力电子变压器(power electronic transformer,PET)具有“模块化,大规模,高复杂度”的特点,相比与其他基于双端口功率模块的PET拓扑,其电磁暂态加速仿真面临更大的困难。为提高仿真效率与CPU利用率,文中提出一种适用于MAB型PET的并行等效建模方法。首先,根据“变压器端口解耦”的思路,建立PET串行等效模型。然后,利用所提等效方法的高度可并行性,给出等效模型多线程并行仿真框架,并进行并行算法评价与影响因素分析。通过PSCAD/EMTDC仿真验证,所提等效模型能够对详细模型进行多工况高度拟合,串行等效模型加速比可达2～3个数量级。在最优并行线程数下,并行等效模型可实现对串行模型2～3倍的二次加速。     

大功率链式STATCOM电磁暂态快速等效建模和误差评估

针对含有大量模块的大功率链式静止同步补偿器(STATCOM)存在的电磁暂态仿真速度缓慢的问题,提出一种链式STATCOM级联H桥拓扑的等效建模方法,以提高仿真效率。主要开展了以下的研究:对比分析了经典电磁暂态建模和快速等效建模的原理;推导出级联H桥换流链电压、电流之间的数学模型;结合换流链数学模型及其控制方法,设计出基于MATLAB/Simulink的仿真流程;分析主要电气量如功率模块直流电压、换流链电流和功率等的理论误差。比较精确模型和等效模型的仿真精度和仿真速度,结果表明所提的等效模型与精确模型的仿真误差小于1.2%,仿真时间缩短了80%。可见所提的大功率链式STATCOM电磁暂态快速等效建模和误差评估方法,可以在精度允许范围内大幅降低仿真时间并精确评估模型,具有较强的科学和工程应用价值。     

级联H桥电力电子变压器高频链端口解耦等效模型

文中提出一种级联H桥型电力电子变压器(cascaded H-bridge type power electronic transformer,CHB-PET)高频链解耦等效模型。该模型利用Ward等值先将功率模块内部节点的对外贡献转移到边界节点上,再根据相邻仿真步长间高频链端口电容电压不突变的特点以历史电压值替代当前时刻电压,实现电路解耦,最后再进行一次Ward等值消去剩余节点,得到功率模块的背靠背等效电路。每个相单元中,根据CHB-PET的输入串联输出并联连接特征,将功率模块背靠背电路级联形成相单元等效电路。各相等效电路接入外部系统中,由电磁暂态解算器统一求解。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建基于分立元件的详细模型和基于所提方法的等效模型,从仿真精度和时间效率两方面验证所提模型的正确性。     

多功能移动应急电源的控制与仿真研究

基于电力电子变流技术,将太阳能、风能等清洁能源应用于移动应急电源,采用H桥级联多电平结构组成主变流器。仿真结果表明,该变流器具有能够有效提高电能质量和适用于不同电压等级、不同频率负载等特点。同时,采用的H桥级联多电平拓扑结构与有源电力滤波器主电路结构相同,因此,该移动应急电源还具备有源电力滤波器功能,扩大了其应用领域,实用性强。     

模块化多电平换流器快速能量等效建模

为解决模块化多电平换流器(modularmultilevel converter,MMC)电磁暂态仿真效率低的问题,提出一种针对MMC桥臂及子模块等效的快速能量等效模型,具有建模过程简单,方法可靠的优点。通过对MMC桥臂进行受控源等效,保证换流器的外部特性一致,并使得桥臂与子模块间电气解耦;再利用桥臂与子模块只有二次信息交换的特点,对子模块进行开关简化与能量等效建模,简化了仿真电路,减少电路中的非线性元件。在PSCAD/EMTDC仿真平台上对所提仿真建模方法进行验证,对比详细模型提速效果可以达到1736倍以上,结果表明所提快速能量等效模型的有效性,能够保证高仿真精度,并在仿真效率上极大的提升。     

级联H桥储能变换器直流纹波电流的无源与有源抑制策略

级联H桥储能变换器直流纹波电流会给储能系统带来效率降低、寿命减少、并网谐波增大等不利影响。分析了电容滤波、LC滤波、LC串联谐振3种无源滤波电路抑制直流链纹波电流的方法,以及它们减小直流链纹波电流的可行性。提出了基于耦合变压器直流有源滤波电路的级联H桥储能变换器拓扑,利用直流有源滤波电路吸收直流链纹波电流,减少流入级联H桥储能变换器直流端口的纹波电流。最后,通过仿真验证了有源滤波方法减小直流链纹波电流的有效性。     

输入串联输出并联型双有源桥变换器等效建模方法

该文提出一种适用于双有源桥结构(dual active bridge,DAB)构成的输入串联输出并联(input series output parallel,ISOP)DC-DC变换器的电磁暂态等效建模方法。现有电力电子变换器常将ISOP型DAB变换器作为中间环节,但由于DAB单元和ISOP结构的复杂性,导致电磁暂态精确仿真的仿真效率极低。为此,文中提出一种适用于DAB构成的ISOP型DC-DC变换器的等效建模方法。具体而言,采用梯形积分法将各DAB单元组成元件离散化,并通过对变压器的分析,将变压器解耦,再利用嵌套快速求解法消去DAB单元内部节点和串并联节点,使得整个DAB变换器等效为仅包含4个外部节点的戴维南(诺顿)等效电路。在完成一个步长的电磁暂态求解后,可随后进行内部节点信息如各DAB单元输出电流的更新。在PSCAD/EMTDC环境中验证所提出模型的精度和加速比,结果表明,提出的等效建模方法可以精确仿真系统稳态与暂态过程,且可以很大程度提高电磁暂态仿真效率。     

级联H桥型电力电子变压器隔离级高频电流波动抑制策略

串联谐振型双有源桥变换器(DABSRC)由于具有控制简单及软开关范围宽的特点,可用在级联H桥型电力电子变压器隔离级DC-DC电能变换环节中。考虑电力电子变压器各相单元存在二倍电网工频瞬时功率波动,导致隔离级DABSRC高频电流幅值呈现相同波动,且过大波动将会增加隔离级开关器件导通损耗和电流应力。为解决该问题,文中以优化高频电流有效值为目标,提出一种零序电压注入控制策略,通过在交流侧级联H桥变换器中注入零序电压,降低了隔离级DABSRC开关器件电流应力。最后,利用苏州同里10 kV交流/750 V直流3 MVA级联H桥型电力电子变压器工程示范样机进行验证,仿真及样机测试结果证明了控制方法的有效性。     

级联H桥型电力电子变压器的闭锁状态等效建模方法

电力电子变压器(power electronic transformer,PET)是未来交直流混合配电网的关键设备,对其进行多工况高效仿真的一个关键难点为闭锁等效建模。该文提出一种适用于级联H桥型PET(cascaded H-bridge based PET,CHB-PET)闭锁状态的等效建模方法。首先,以一个实际算例说明闭锁状态的电路特征;其次,经过合理简化后,推导部分闭锁和完全闭锁状态下的戴维南-诺顿等效参数;然后,分析闭锁等效模型的3种实施方式,提出一种与非闭锁模型共用状态变量存储单元的集成方法;最后,在PSCAD/EMTDC软件中搭建典型的10kV/3kV三相CHB-PET系统,并进行启动、电压暂降及直流故障闭锁工况仿真。结果表明,与详细模型相比,所提闭锁等效模型具有足够的仿真精度。     

基于LC二值等效开关模型的电力电子系统高效电磁暂态仿真方法

开关模型是影响电力电子系统电磁暂态仿真精度与效率的关键因素之一。针对经典LC二值等效开关模型的数值振荡问题,在等效电路中增加一对阻值相同、符号相反的虚拟电阻,并应用指数差分方法,得到了一种改进的LC等效开关建模法;该方法兼具系统导纳矩阵不变、等效参数便于选取、数值稳定性好等优点;在此基础上,开发了根据Simulink模块图自动生成电路计算矩阵的Simulink工具箱;并完成了一种电力电子变压器的应用算例。与Simulink/SimPowerSystem模型的对比测试表明,所提方法的稳态误差小于±2%,仿真提速可达数十倍,在多开关电力电子系统的高效电磁暂态仿真中具有一定实用价值。     

高频隔离型电力电子变压器电磁暂态加速仿真方法与展望

电力电子变压器(power electronic transformer,PET)可以实现多电压等级和电能形态的变换,将在柔性配电网中发挥重要作用。文中对高频隔离型电力电子变压器加速仿真关键技术进行介绍和展望。首先,结合PET电磁暂态仿真的特点分析其面临的瓶颈与挑战,并与模块化多电平换流器进行直观对比。接着,提出适用于高频隔离型PET的电磁暂态等效建模框架,并以双有源桥变换器为例,对端口解耦、节点导纳矩阵预处理和多端口参数矩阵转换这3种现有的提速思路进行分析,通过仿真对比,指出各自的优缺点和适用场景。最后,对PET等效建模与实时仿真的研究方向进行展望。     

应用于PET的级联H桥直流侧电压平衡研究

电力电子变压器(power electronic transfoemer,PET)的级联模块存在直流母线电压不平衡的问题,严重影响系统的稳定运行.本文针对电力电子变压器的级联H桥整流器直流侧电压的不平衡问题进行研究.首先,通过建立级联H桥整流器的数学模型,分析了各个级联H桥模块之间产生电压不平衡的原因,并提出了基于调制波矢量重构技术的电压功率平衡控制策略.然后,通过重构调制波矢量,实现直流侧电压平衡,保证了各H桥给定有功功率等量分配,使流经H桥的无功功率按需分配.最后,通过在MATLAB/Simulink环境下进行仿真,验证了本文方法的正确性和有效性.     

多电压等级直流电网的仿真技术与协调控制策略研究

多电压等级的直流电网是未来直流输电技术的重要应用,其关键设备是直流变压器。然而,多电压等级直流电网的电磁仿真模型规模庞大,含直流变压器时的协调控制策略尚不清楚。对此,首先简单介绍了MCT（模块化组合式直流变压器）的运行原理。然后,基于平均开关函数提出了桥臂高等效性模型,用于加快电磁暂态仿真速度。最后,针对舟山五端柔性直流改造工程,研究了含MCT的多电压等级直流电网的协调控制策略。在PSCAD/EMTDC中搭建了基于桥臂高等效性模型的多电压等级直流电网仿真模型,验证了所提出桥臂等效模型以及协调控制策略的有效性。     

CPS-SPWM技术在级联H桥型变流器上的具体实现方法

CPS-SPWM技术是多重化技术和SPWM技术的有机结合。该技术能够在较低的器件开关频率下实现较高等效开关频率的效果,通过低次谐波的相互抵消提高等效开关频率,而不是简单地将谐波向高次推移,因而具有良好的谐波特性。具有独立电源的级联H桥多电平变流器具有每个H桥单元结构相同、所用元器件数少、易于实现电路的模块化设计和封装等一系列优点,因而在无功补偿和有源电力滤波器等领域有广泛的应用前景。重点提出了基于CPS-SPWM技术的级联H桥型多电平变流器,是CPS-SPWM技术与级联H型变流器拓扑结构的结合,同时具备二者的优点,在大功率变流器领域具有很好的应用前景。     

单相级联H桥APF载波相移梯形波脉宽调制与电容电压平衡控制方法

针对电气化铁路谐波污染的电能质量问题,将载波相移梯形波脉宽调制CPS-TPWM(carrier phase-shifted trapezoidal wave pulse width modulation)策略引入到单相级联H桥多电平有源电力滤波器APF(active power filter)中,同时在单相级联多电平有源电力滤波器直流侧电容电压控制上采用内外层控制策略,以提高直流侧电压的均衡性和稳定性。结合数学分析,搭建3个单元模块的单相级联H桥多电平APF主电路和控制系统进行仿真验证。结果表明:所提方法能够有效抑制电气化铁路中的谐波电流,并且能提高各单元模块直流侧电容电压的稳定性和均衡性。     

双有源桥型变换器电磁暂态等效算法稳定性及截断误差分析

高频隔离型双有源桥(dual active bridge,DAB)变换器是电力电子变压器(power electronic transformer,PET)的核心设备之一。其中,高频链的存在以及高开关频率特性,使得PET电磁暂态仿真效率较低。该文对先前研究提出的DAB型变换器积分解耦算法进行稳定性与截断误差分析,以提高该方法的可信度。首先,建立DAB简化电路并列写其状态方程;其次,选取特殊对称矩阵,利用Lyapunov直接法分析前向欧拉、梯形积分和积分解耦方法下连续系统与离散系统的稳定性,计算不同积分方法的局部截断误差,建立相对均方根误差作为全局误差的衡量指标;并结合实际变压器参数取值,分析不同积分方法对仿真步长的约束;最后,在PSCAD/EMTDC中,进行稳定性与误差验证。结果表明,积分解耦法和梯形积分法的稳定性与截断误差均不会对仿真步长产生附加约束。     

基于混频调制的新型电力电子变压器

现有的电力电子变压器的能级变换级数较多,导致效率不高、体积庞大、成本高,制约了其在实际中的应用。首先,基于混频调制技术,提出了两种新型的基于级联H桥变流器结构的电力电子变压器拓扑,以减少变换级数并实现多端口输入/输出,有利于提升功率密度。然后,详细分析了该电力电子变压器的设计方法与控制策略,利用Simulink验证了所提电力电子变压器拓扑及控制策略的可行性,并与传统电力电子变压器拓扑进行了对比分析。     

三相级联H桥型电力电子变压器电容值设计方法

针对三相级联H桥型电力电子变压器(PET),分析了输入侧瞬时功率波动特性,建立了其直流侧电容电压及中间级高频变压器原、副边电流的时域解析模型,并基于该模型提出一种PET电容值设计方法。基于MATLAB/Simulink仿真平台搭建三相级联H桥型PET仿真模型,并在功率模块测试平台进行实验验证。仿真及实验结果表明该解析模型可以准确地描述电容电压及变压器高频电流的波动特性,进而为主电路参数设计与控制系统设计提供研究基础。