基于多变流器控制的可靠供电岛接入拓扑及其控制策略

提出了可靠供电岛方案,描述了其在保障可靠供电、高质量供电以及促进配电网智能化方面的优越性。以双电源、双负荷可靠供电岛为研究对象,首先给出了方案的拓扑结构,提出了控制策略,并建立了其数学模型。理论分析表明,该控制策略普适于可靠供电岛运行于不同工况,具体控制时仅可控量设定数值不同而控制策略无须切换。其次根据所提控制策略,详细设计了岛内各变换器的控制方式。最后在不同工况下仿真验证了可靠供电岛功能的可实现性,进一步表明了基于所提控制策略的可靠供电岛方案在保障可靠供电和高质量供电方面的有效性。     

基于开关复用型子模块的电力电子变压器及其控制策略

直流配电系统一般采用双极性供电形式,其中真双极接线形式在故障工况下正、负极可单独运行,但成本较高,适用于对可靠性要求较高的场合。为实现电力电子变压器在真双极接线形式的直流配电系统中的应用并有效降低装置成本,文中提出了一种基于开关复用型子模块的电力电子变压器拓扑,并对其工作原理和控制策略进行分析。所提电力电子变压器控制包括低压端口电压控制和电压均衡控制,电压均衡控制器和低压端口电压控制器相互解耦,方便独立设计。相比传统真双极接线形式,所提子模块中双有源桥和电压均衡电路之间功率开关实现了有效复用,能够有效降低系统成本,提高功率密度。仿真结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

基于二极管整流器实现风电机组直流输出的方法

未来海上风电场有望采用大型直流风电机组进行组网以降低电缆成本和损耗。为此,提出一种以二极管整流器作为中压并网端口,且具备储能端口与取电端口的多端口风电变流器拓扑,用其实现海上大型风电机组的直流化,其中,储能与取电端口用于实现机组自启动。直流并网端口无LC滤波装置,当发生直流短路故障时,由于无须采用电容器,则避免了对短路点的放电电流冲击。针对该系统方案,结合变流器数学模型,给出了包括启动、发电和故障穿越的机组级控制策略。详细推导分析了变换器关键元件的边界运行条件,并提出其主电路参数优化设计方法。在PSCAD中构建8.0MW直流风电机组仿真模型,仿真结果表明:变流器的全工况运行参数基本满足边界运行条件,启动并网过程平稳且无明显冲击,变流器能在100 ms左右清除直流短路故障电流,保护功率元件,并实现故障穿越。最后,利用基于RT-LAB实时仿真器和F28335控制器的半实物仿真平台,进一步验证了变流器启动与运行控制策略的有效性。     

基于九开关级联的多端口能馈型高压变换器

为解决工业现场中高压大容量电机群负荷的驱动及再生能量利用问题,提出一种基于九开关逆变器单元级联的多端口能量回馈型高压变换器。通过与现有三相桥式逆变器级联技术对比,分析适用于九开关逆变器的级联方法。详细分析了新变换器拓扑结构、功率分配模式、控制策略及优缺点,并以6单元级联双负载端口的6 kV高压变换器为例,通过Matlab仿真验证了该拓扑及控制策略的可行性和有效性。该变换器为负载端口间的再生能量提供了直接传递通道,降低了能量回馈压力;且大幅减少了开关、电容以及变压器绕组数量,提高了可靠性;其端口扩展灵活,对于多负荷工况具有较强的适应性。     

基于储能稳压的交直流混合电能路由器协调控制策略

将交/直/交级联变换器、直流变换器、储能及其变换器通过公共直流母线组合,构成含两个交流端口、三个直流端口的电能路由器拓扑结构。分析典型运行模式并提出储能稳压的交直流混合电能路由器虚拟同步机协调控制策略:在交流单/双端并网模式下,通过储能稳定直流电压,两端交/直、直/交变换器通过虚拟同步机功率外环控制功率流向及大小;在交流双端离网模式下,通过储能稳定直流电压的同时,配合分布式电源为交直流负荷供电。所提策略无需模式切换,降低了控制复杂性,可实现电能路由器各模式下直流电压稳定、就地消纳分布式发电,保证交直流负荷持续稳定供电,还可实现双端并网时电网馈线间的柔性互联、电网故障时潮流转供以及双端离网下的自稳定运行,有效提高了低压配电网的供电可靠性。最后,通过仿真和实验验证了所提协调控制策略的正确性和有效性。     

基于储能变流器与快速故障隔离的不间断供电

此处围绕储能系统在配用电侧高可靠性供电应用技术开展研究,提出了一种基于SCR固态开关和储能变流器(PCS)并联构架的负荷不间断供电技术方案,给出了PCS在电网发生故障时的快速故障隔离控制,以及电网故障恢复后的快速同期并网控制策略,实现了对关键负荷的不间断供电。最后研制了一台额定功率为500 kW的PCS实物样机,对所提PCS快速故障隔离及并离网切换控制策略进行了实验验证。     

一种单输入双输出高增益DC-DC变换器

随着分布式发电在中低压场合的应用越来越广泛,对高增益直流变换器的需求日益增加。提出一种新型单输入双输出高增益DC-DC变换器。该变换器在传统Boost电路基础上引入电容和二极管组成极性反向极,功率端口通过差分连接方式互联,提高了变换器电压增益,降低了开关管电压应力;同时端口功率控制彼此独立,进一步提高了电能路由的灵活性。详细分析了该变换器的电路结构和工作原理,推导出稳态特性下的电压增益、主要开关器件电气应力以及电流纹波等表达式。在此基础上,提出了基于矢量时间作用的模型预测控制策略,建立了该变换器预测模型、推导出开关管矢量时间以及设计了目标函数寻优过程。最后,通过仿真和实验验证了所提变换器及其控制策略不仅可行、有效,而且具有高运行效率与低电压应力。     

交直流混合点状网络运行模态及其统一控制方法

点状网络具有高供电可靠性且有利于分布式能源消纳的特点,但现有结构及其控制与保护方法限制了其进一步发展。文中基于点状网络多源并供优势与交直流混联思想的结合,提出了交直流混合点状网络结构,并给出了典型工作场景下的网络运行模态。针对不同运行模态下的能量动态平衡关系,提出了基于总体缺额功率的变流器统一控制策略,实现了不同运行模态及其切换过程中的变流器统一控制。最后,通过仿真分析验证了所提结构与统一控制策略的有效性。     

基于空间矢量PWM的多电平NPC功率变流器电压平衡控制

传统NPC拓扑受到直流中性点上电压不平衡的影响,不仅导致系统不稳定,还会影响电容器和半导体器件的额定值,增加总功率损耗。基于此,提出了一种适用于单相三线配电系统的新型变流器拓扑结构及其控制策略。所提变流器为中性点箝位（NPC）的H桥。为了解决基于NPC的变换器直流端口电容电压平衡问题,还提出了一种基于空间矢量PWM的直流端口电压平衡方法来平衡中性点电压,该方法充分考虑了输出电压的谐波影响和开关损耗,还定义了所应用的矢量序列。最后,通过与传统变流器进行仿真比较,以验证变流器在平衡和不平衡负载情况下的开关损耗的优越性。此外,还进行了实验验证,结果验证了所提电压平衡方法的有效性和优越性。     

基于半桥结构的新型高速铁路功率调节器

随着电气化铁路朝着高速、大功率负荷发展,电力牵引系统的电能质量问题变得越来越至关重要.提出一种适合于大功率补偿的基于半桥变流器结构的新颖铁路功率调节装置.该补偿系统中,由2个背靠背的半桥变流器通过中间2个串联电容连接在一起,然后通过降压变压器分别与2个牵引供电臂连成一体.相对于传统功率调节器,该功率调节单元只需要2个开关桥臂和1组串联电容,减少了1对开关桥臂即4个功率开关管.在完成同样功能前提下,将功率开关减少了一半,减小了硬件成本,提高了补偿装置的可靠性能.这样将大大有利于装置的大功率模块化,与当今高速铁路大容量的功率补偿相对应,具有很好的发展前景.仿真和实验结果验证了所提补偿结构及其方法的有效性.     

一种非隔离型高增益三端口DC-DC变换器

针对光伏储能联合供电系统输出电压低、供电可靠性差等问题，提出了一种具备多种工作模式的非隔离型高增益三端口DC-DC变换器。变换器的3个端口共地，分别连接光伏发电单元、储能单元和负载，通过改进二次型结构提升电压增益，并降低开关器件应力。变换器具有5种工作模式，可满足离网光储发电系统的各种工况需求。此外，变换器对光伏端口和储能端口之间没有电压约束，能够适应更多的应用场合。详细分析了变换器在各工作模式下的工作原理和稳态特性，并与现有同类变换器进行了工作特性对比。根据光伏储能联合供电系统的控制要求和变换器在不同工况下的功率流动情况，研究了相应的模式运行与切换控制策略。最后，搭建了一台300 W的实验样机进行验证。     

一种可拓展双输入高增益DC/DC变换器

针对光伏发电系统中光伏电池板集成汇流的需求,提出了一种可拓展双输入高增益DC/DC变换器。该变换器采用了一种新型拓扑结构,可在实现输入输出电压高增益变换的同时降低了开关器件的电压应力。此外,所提变换器还具有可拓展性,可以根据不同的光伏电池板数量和输出电压要求对端口进行扩展,从而降低系统的复杂性和成本。首先详细介绍了所提变换器的拓扑结构,并推导出变换器在不同工作模态下的运行原理。然后,对该变换器的增益特性、开关器件的电压和电流应力、关键器件的参数选择和损耗计算等方面进行了深入的理论分析。最后,搭建了一台输出功率为1 kW的实验样机,并进行了实验测试。实验结果验证了所提变换器理论分析的正确性和可行性。     

面向二次脉动功率解耦的三端口LLC谐振变换器

为了吸收单相交直流系统中耦合的大量二次脉动功率,提出给予I3桥结构的三端口LLC谐振变换器。所提变换器实现双向解耦电路的开关桥臂和LLC谐振变换器的开关桥臂的集成,消除母线上的大容量电解电容、提高系统可靠性,而且减少有源开关的数量和系统的开关损耗。详细分析三端口LLC谐振变换器的工作原理和控制方法,设计I3桥的开关驱动策略,实现功率解耦端口和直流输出端口的独立控制。实验结果证明了所提集成功率解耦功能的三端口LLC变换器及其控制方法的正确性和有效性。     

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。     

不平衡负载下三端口电力电子变压器二倍频功率解耦控制策略

电力电子变压器(powerelectronictransformer,PET)作为分布式可再生能源发电设备和交直流负荷灵活接入的有效解决方案,在交直流混合微电网中极具研究前景。其中,分布式电源和负荷的间歇性波动及不平衡交流负载的接入是影响PET端口输出电能质量的重要因素,PET多个端口之间的耦合作用会进一步影响其他端口负荷的正常运行。因此,研究不平衡负载工况下多端口PET的功率解耦控制策略非常关键。该文针对含交/直流端口的三端口PET拓扑结构,建立交流端口接入三相不平衡负载下PET二倍频功率传输模型,提出一种基于谐振控制的二倍频功率解耦策略,实现二倍频功率在PET不同端口间的解耦。最后,通过建立基于RT-Lab的硬件在环实验平台,验证所提控制策略的有效性。     

面向重要负荷的可靠供电岛拓扑结构及应用

针对重要负荷高可靠和高品质供电需求,提出并设计了一种可靠供电岛方案,包括电源侧电能控制器、负荷侧电能控制器、母线电能控制器、应急电源系统、交流母线和直流母线等部分,可以实现多电源无缝转换供电、电源潮流有效控制、负荷电力定制供给、应急电源无缝并网、母线电量始终平稳等功能。全面阐述可靠供电岛的基本结构和工作原理,给出双电源带双负荷供电、采用三相四线制接线、高速电子开关替代LPC、储能系统接于直流母线、采用互备式双交流母线等5种不同可靠性等级的应用实例,并对工业设备供电、信息设备供电、安全应急供电、重要场合保电等4种典型应用场景进行分析。研究表明,可靠供电岛是一种提高供电可靠性和改善电能质量的综合性解决方案。     

模拟直流发电机特性的储能变换器控制策略

直流微电网的变换器均通过电力电子变换器接入直流母线,而电力电子变换器缺少惯性和阻尼作用,负载功率突变会引起变换器端口电压电流的振荡,给直流母线带来较大的冲击,影响微电网的稳定性。文中参考虚拟同步发电机在并网逆变器控制中的应用,提出了一种模拟直流发电机特性的储能变换器控制策略,使储能变换器具有直流发电机的端口特性,并建立小信号模型,利用阻抗比判据分析了其小信号稳定性。仿真和实验证明所提控制策略可以增强储能单元维持直流微电网内功率平衡的能力,提高直流微电网的供电质量。     

牵引供电系统光储接入方案及其控制策略

为了实现光伏发电在牵引供电系统中的有效利用,提出了一种基于铁路功率调节器的牵引供电系统光储接 入方案及其控制策略.介绍了系统拓扑结构并分析其工作原理,根据分区所两供电臂负荷情况划分多种运行模式和运 行工况,不仅可以实现再生制动能量的利用、负荷削峰填谷以及光伏发电的消纳,同时能够有效调节供电臂末端网 压.仿真结果证明了所提方案及其控制策略的正确性和有效性.     

四管Buck-Boost变换器的改进型三模式变频软开关控制策略

四管Buck-Boost变换器(FSBB)具有无源元件少、开关管电压应力低、输入输出电压同极性、控制自由度多等优势,非常适用于宽输入电压的预调节器.该文对传统三模式控制的中间模式进行优化,提出一种改进型三模式控制策略,降低了导通损耗,提升了变换器工作效率.为进一步提高功率密度、降低高频硬开关带来的开关损耗和电磁干扰,该文提出变频控制策略,能够在全电压范围内实现软开关.分析表明,改进型三模式控制可优化变频范围,与变频软开关控制具有很好的契合度.在实验室研制了一台输入80～160V,输出125V/300W的原理样机,验证了所提控制策略的正确性,并通过效率对比和损耗分析证明所提控制策略有利于FSBB实现高效率和高功率密度.     

混合型背靠背智能软开关技术

基于背靠背电力变换器的智能软开关(SOP)能柔性、快速、精确调控配网潮流,实现配网电压、网损等多控制目标统一优化管理,同时具备故障隔离和故障恢复功能。但该型SOP的供电恢复范围受限于其自身容量,难以满足全部停电用户供电需求。文中提出了一种由小功率背靠背电力变换器与负荷开关并联组成的低成本混合型SOP。正常工作模式下,仅由背靠背电力变换器调控系统潮流及电压分布;线路故障模式下,由负荷开关承担供电恢复功能,且故障清除后通过灵活调控背靠背电力变换器实现闭环运行工况下负荷开关的零电流开断,增加负荷开关使用寿命,降低成本。最后,通过仿真验证了混合型SOP的供电恢复能力以及零电流开断技术的有效性和可行性。