微网光伏储能发电并网系统特性研究

针对分布式电源存在的若干问题,提出了具有储能双向变流功能的光伏并网系统拓扑结构,并对光伏电池组数学模型和Bi Buck-Boost双向变流器工作原理进行理论推导和分析,借助Matlab/Simulink工具,进行系统控制算法的仿真.通过控制储能双向变流器电感电流值的大小与方向,实现了蓄电池定功率的充放电,完成了并网功率的吸收与释放,减小分布式电源其对大电网的冲击.最后在2 kW的光伏储能并网系统实验平台上进行了最大功率跟踪算法的试验验证,实现了95％转换效率和单位功率因数并网运行.     

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。     

有源电力滤波器中双向快速充放电DC-DC变换器设计及仿真

为了满足强磁场装置电源供电极低电流纹波的要求,采用了并联有源电力滤波器。首先简述了并联有源电力滤波器的工作原理,并设计了一种新型的双向DC-DC变换器取代了以往并联有源电力滤波器中使用的水冷电阻,实现了对并联有源电力滤波器中的电容器进行快速充电与快速放电,从而降低了能量损耗。然后详细分析了变换器快速充电与快速放电的工作过程,并给出了具体的设计参数。最后进行了仿真验证,通过仿真波形可以看出,该双向DC-DC变换器可以正常工作,能够顺利实现能量的双向流通,满足并联电力有源电力滤波器的设计要求。     

两级式并网变换器级联稳定性及控制策略研究

直流微电网通过并网变换器与交流电网相连,实现功率的双向流动及直流母线电压的稳定,两级式并网变换器以其直流侧电压调节范围大、动态响应快等优点被用于低压直流微电网中。以母线电压为400 V的直流微电网为背景,研究两级式并网变换器的控制策略及其级联稳定性。提出以直流母线电压为控制信号的两级式并网变换器均流策略,实现直流微电网功率的自动平衡及并网变换器功率的双向流动。建立两级式并网变换器的小信号模型,设计控制器参数,并根据阻抗比判据分析了两级式变换器的级联稳定性。仿真和实验结果表明,所提出的控制策略能够跟踪直流母线电压的变化,平衡直流微电网功率,稳定直流母线电压,并实现并网变换器功率的双向控制,具有良好的动态响应。     

分布式发电系统中电力电子变压器的设计与仿真

针对电力公司在保证电网建设安全经济可靠的前提下提高电网大规模消纳分布式电源的需求,提出一种分布式电源接入系统设计新方案即采用电力电子变压器代替传统变压器作为分布式能源与电网连接的枢纽,实现能量的双向流动、主动调度管理并精确可控。设计一款10 k V等级的电子电力变压器(Electronic Power Transformer,EPT),研究其主回路拓扑、控制方式和运行特性,在此基础上进行Matlab仿真验证和提升该方案的合理性。仿真结果表明,电力电子变压器具有能量路由器功能,该方案能保证分布式能源接入电力系统安全灵活运行。     

单相电流源型高频链矩阵式PET及解结耦调制

提出一种单相电流源型AC/AC高频链矩阵式电力电子变压器PET（power electronic transformer）拓扑,通过采用高频变压器进行磁耦合及功率传递,使用电流源型电路拓扑实现输入输出的电压变换,其变压器原边采用LC滤波器及矩阵变换器结构,而副边采用矩阵变换器及CL滤波器结构。为使矩阵变换器双向开关合理工作,提出一种前级单极倍频正弦脉宽调制SPWM（sinusoidal pulse width modulation）与后级混合脉宽调制HPWM（hybrid pulse width modulation）相结合的解结耦调制策略,对前级双向开关管进行整体式驱动,对后级双向开关管进行分立式驱动。为了拓宽电力电子变压器的变换特性,对其调制策略进行了变压、变频验证。在对调制原理和主电路工作状态分析的基础上,仿真验证了所提拓扑和调制策略的有效性及可行性。     

三相三线制高频隔离型固态变压器的瞬时空间矢量PID控制方法研究

固态变压器是一种含有电力电子变换器且通过高频变压器进行磁耦合的变电装置.它不仅能够实现电力系统中的电压变换、能量传递,还可以灵活控制变压器一次侧、二次侧的电压幅值和相位.此外,它能使系统具有更高的稳定性,实现更加灵活的输电方式,整合各种交直流分布式电源,以及实现电力市场下对功率潮流的实时控制.基于固态变压器的AC-DC-AC电路拓扑结构,提出了一种三相三线制高频隔离型固态变压器的实现方案,分析了该固态变压器输入级、隔离级、输出级的控制策略,并利用Matlab/simulink建立了10kV/380V仿真模型,仿真结果表明,提出的SST的实现方案和控制策略对10kV系统的电压、功率、频率控制效果良好,能有效改善电压特性,提高系统的稳定性.     

MRD减振控制系统的后备混合储能电源设计与仿真

针对磁流变阻尼器MRD(magnetorheological damper)减振控制系统后备电源采用单一蓄电池供电存在响应时间慢和稳定性差问题,提出锂电池/超级电容的后备混合储能电源。首先进行储能系统供电方式的选择及容量配置,然后设计了锂电池和超级电容分别串联双向DC/DC变换器进行功率分配的混合储能结构,再将负载端电流滤波后的高频分量和低频分量用来实现变换器电压电流闭环控制,最后在Matlab/Simulink中搭建混合储能仿真模型,进行输出响应和脉冲功率扰动仿真,对单一锂电池储能和混合储能电源进行性能比较。结果表明,混合储能电源的输出响应时间可达毫秒级;超级电容能提供80%起始功率,并且在脉冲功率扰动下补偿波动功率,以维持母线端稳定,满足MRD减振控制系统的实际工程需求。     

基于RT-LAB的无刷交流发电机的功率级半实物仿真

半实物仿真是一种将部分硬件实物接入到仿真回路中的实时性仿真,该方法能够更加真实地反映系统的实际情况,具有更高的置信度。针对飞机电源系统中常用的三级无刷交流发电机,利用RT-LAB半实物仿真平台,并引入部分功率级元器件,搭建发电机的功率级仿真系统。该方法将RT-LAB与可控电源结合,通过RT-LAB实时运行发电机模型,输出的电压信号控制可控电源,模拟真实发电机的功率级电压,并采集可控电源的输出电压,从而实现三级无刷交流发电机闭环运行的功率级半实物仿真。     

混合动力电动汽车的复合电源功率分配控制策略

提出一种混合动力电动汽车的复合电源功率分配控制策略。复合电源中蓄电池作为主电源,超级电容器作为辅助电源,主电源和辅助电源各自经过一个升压变换器和升降压变换器连接至直流母线端,两种电源之间的能量转换由功率变换器实现。控制策略的控制目标为:(1)稳定直流母线电压;(2)精确跟踪超级电容器电流参考值;(3)控制系统实现全局渐近稳定。在Matlab Advisor仿真环境下对复合电源以及所提控制策略进行建模与仿真,并搭建了试验样机进行试验。仿真和试验结果表明:所提复合电源功率分配控制策略能较好地满足以上三个控制目标,充分发挥复合电源中蓄电池和超级电容器的优势。     

双向直流变换器控制方法

双向直流变换器配合蓄电池或超级电容等化学储能元件应用在具有直流母线支撑的系统中时,其主要控制目标为结合储能元件的荷电状态实现负载的稳定工作。当负载功率大于主供电功率时,控制储能元件释放能量以满足负载功率需求;当负载功率小于主供电功率时,控制储能元件吸收能量以避免母线电压上升。归纳和总结了现有的双向控制方法,详细分析了储能系统中变换器两端均为直流源的应用场合时双向直流变换器的双向切换原理,重点研究了采用带有方向信息的电感电流平均值作为电流内环、直流母线电压作为电压外环的双向控制方法。针对该控制方法中存在的母线电压波动和电池频繁充放电的问题,阐述了相应的优化措施。     

高功率因数锂电池化成能量回馈系统

电池化成作为电池生产过程中的关键工序关系到电池的特性和质量,并直接影响电池的生产成本。设计了一套带能量回馈功能的高功率因数锂电池化成系统,包含监控、AC/DC双向变流器和DC/DC双向变换器。AC/DC双向变流器可实现能量的双向传递和交流侧高功率因数,双向DC/DC变换器用于实现锂电池的充、放电。对AC/DC双向变流器和双向DC/DC变换器的工作原理进行了分析,并通过实验对实验样机进行功能验证。     

双向全桥DC/DC变换器在直流微电网中的应用

双向变换器是微电网中的不可或缺的一部分,由DC/DC变换器将分布式电源、储能装置与负荷等构成的直流微电网,在未来供配电发展中会成为一种新的趋势。文中设计和制作了双向全桥DC/DC变换器,分析、计算和选择该变换器的功率器件及参数等,并进行了检验和参数调整。然后将该变换器其应用于直流微电网的锂电池组储能支路,实验结果表明,该双向全桥变换器能够正常工作,当直流微电网系统功率产生波动时,该储能支路能够与其他支路协调配合,稳定了直流母线电压,提高了直流微电网的稳定性。     

A novel bi-directional high-gain DC-DC converter with optimum number of components

Most emerging applications of battery energy storage systems, fuel cells, and unified power supply (UPS) applications require essential bi-directional power capability with a high conversion ratio. It supports the integration of the high-voltage DC-bus with an energy storage unit or fuel cell. In order to meet this requirement, this paper proposes a novel nonisolated high-gain DC-DC converter with bi-directional power flow capability. This converter is configured with a hybrid structure with a combination of the switched capacitor (SC) and switched inductor (SI) techniques. Moreover, this converter can attain extreme voltage gain with less number of semiconductors and passive components. As a result, the converter cost gets reduced and achieves a wide range of voltage gain at a lesser duty ratio. Furthermore, steady-state analysis and performance of the proposed topology and its characteristics were presented in this paper. Additionally, a detailed comparative analysis was presented with the most recent literature. Finally, a 500-W experimental prototype has been fabricated to authorize the performance, feasibility, and analytical waveforms with experimental results.     

电动汽车接入电网技术的双向变流系统研究

目前,国内研制只具备充电功能的电动汽车充电装置,还不具备目前被广泛关注的向电网放电的功能。为实现电动汽车与电网之间的双向能量交换,研究了采用AC/DC双向变流和DC/DC双向变流的两级变流的拓扑结构,讨论了基于dq变换的空间矢量脉冲宽度调制（PWM）双闭环控制的AC/DC双向变流系统和采用电流滞环跟踪PWM调制技术控制的DC/DC双向变流系统,并通过Matlab仿真,验证了拓扑结构及控制策略的可行性。     

一种电动汽车能量高效回馈制动方法

为提高电动汽车的能量利用率,提出了一种将可变电压系统作为电机驱动系统实现能量回馈的方法,利用可串并联切换的超级电容器组与双向直流功率变换器相结合,采用了2种回馈制动模式的控制策略,提高了电机到驱动系统电源之间能量流的传递效率和变换效率,实现了速度大范围变化的能量回馈。与常规制动方法相比,上述方法具有驱动系统体积小、成本低、能量回馈效率高的特点,通过计算机仿真对采用不同回馈制动方法时的3种情况进行了对比分析,仿真结果验证了该方法的可行性和有效性。     

LED光伏路灯系统的研究与设计

光伏发电是应对能源危机的方法之一,LED照明高效节能,两者都是研究的热点.LED光伏路灯是两者的结合.对LED光伏路灯进行了深入的研究,分析了实现最大功率点跟踪的原理和实现方法,设计出了实现MPPT的具体电路并分析了其原理,同时分析了双向直流变换器的构成,在此基础上应用双向直流变换器同时实现最大功率点跟踪和对LED灯的驱动是本设计的特色.最后给出了系统方案和部分实验数据.     

Integration of a bi-directional DC-DC converter model into a real-time system simulation of a shipboard medium voltage DC system

A bi-directional dc/dc converter model is investigated for a notional Medium Voltage DC (MVDC) shipboard power system to improve energy flexibility and deal with peak energy demand in shipboard power system. Surplus energy in the MVDC system during light load condition can be captured by energy storages distributed in local load zones through the bi-directional dc/dc converters and then can be used during heavy load condition or black starting of the MVDC system. In this paper, the derivation process of the small-signal average models of the isolated-type bi-directional dc/dc converter is presented for controller design. This paper also presents the controller optimization process using intelligent optimal searching algorithm, Particle Swarm Optimization, for optimizing dynamic and steady-state control performance of a bi-directional dc/dc converter. The control performance of the proposed controller is evaluated using frequency-domain analysis and time-domain simulation of the large-scale notional MVDC shipboard power system using the Real-Time Digital Simulator.     

直流供电交错并联双向DC/DC变换器切换控制策略

分布式可再生能源的推广应用、节能减排的需求以及用户终端负荷特性的变化,给传统交流供电带来了巨大挑战,直流供电因其强大的节能优势受到广泛关注。作为直流供电系统的关键组成部分,DC/DC变换器对稳定性有较高的要求。目前变换器普遍采用小信号建模,建模精度不高,在面临大的扰动时系统可能变得不稳定。文中基于切换系统理论,提出一种储能交错并联双向DC/DC变换器的切换控制方法,直接对系统进行大信号建模,建模精度高。首先选取系统储能函数作为共同的Lyapunov函数并设计最优切换率,然后分析了该切换率条件下系统在切换平衡点处的稳定性,最后在Matlab中进行了仿真,搭建了基于SiC MOSFET的双向DC/DC变换器样机进行验证。实验验证了该切换控制策略的有效性。     

一种新型高效电动汽车双向DC-DC变换器

电动汽车与电网端的能量传递过程受到广泛研究。以电动汽车用CLLC式双向DC-DC变换器为基础,在电动汽车端增加了超级电容交错并联倍流储能放能回路,提出一种新型高效双向DC-DC变换器。对新型高效双向DC-DC变换器的正向和反向工作过程进行分析,研究了增益特性,提出了开关管实现零电压开关（ZVS）的条件,对开关管电应力进行分析。制作了800 W试验样机,样机测试结果验证了新型双向DC-DC变换器中开关管能实现ZVS,开关管峰值电流小,与传统双向DC-DC变换器相比,效率得到提升。