低压端采用阻抗变换器的电力电子变压器的仿真分析

鉴于电力电子相关技术和智能电网技术的发展,配电用电力电子变压器技术得到了广泛的研究.提出了两类单相交流电源输入、三相交流低压输出、低压端增加阻抗变换器的电力电子变压器拓扑:第一类可以实现单向能量传输,由交流推挽变换器、阻抗变换器(PFC)和电压源逆变器构成;第二类可以实现双向能量传输,由交流推挽变换器、矩阵变换器、阻抗变换器(VSR)和电压源逆变器构成.在理论分析的基础上,利用MATLAB/Simulink进行了仿真分析,所得结果验证了所提方案的正确性.     

级联矩阵型交直流电力电子变压器预充电策略

与现有四级型交直流电力电子变压器(PET)相比,级联矩阵型PET具有电能变换单元少及功率密度高等特点。级联矩阵型PET内部输入级经高频变压器后直接与输出级耦合,在预充电过程中,若采用传统高压交流侧或低压直流侧充电方式,则需增加相关辅助充电设备或实施复杂的开环充电策略。为解决该问题,本文针对级联矩阵型交直流PET,提出一种简单的开环充电策略。在充电过程中,高低压侧H桥变换器同时解锁,利用辅助充电设备,高压侧级联H桥变换器以固定数量循环轮换投切以产生50%占空比高频方波电压,低压侧H桥变换器持续输出同频同相的方波电压。所提出的充电方法操作简单,无需增加相关辅助充电电路,且充电过程中无电流冲击,实验验证了所提充电策略的有效性和可行性。     

全桥升压型高频环节AC/AC变换器

首次提出了全桥升压型高频环节AC/AC变换器电路拓扑,它是由储能电感、输入周波变换器、高频变压器、输出周波变换器以及输入、输出滤波器构成.深入分析研究了这种变换器的稳态原理与移相控制策略,获得了输出电压、储能电感电流、高频变压器匝比、储能电感、输出滤波电容等关键电路参数的设计准则.理论分析结果表明,这种变换器具有高频电气隔离、电路拓扑简洁、两级功率变换(LFAC-HFAC-LFAC)、双向功率流、变换效率高、网侧功率因数高、负载适应能力强、负载短路时可靠性高等优点,为优良性能的正弦交流稳压器、调压器、电力电子变压器和同频波形变换器奠定了关键技术基础.原理实验结果证实了这种变换器的可行性.     

基于谐振式三电平半桥直流变换器的电力变压器拓扑结构

针对现有的几种典型电力电子变压器(PET)拓扑结构对电网电压暂升骤降的变化抑制能力较弱,无法保证负载电压的恒定,提出一种基于谐振式双侧三电平半桥直流变换器的电力变压器拓扑结构.该系统输入级使用三相三电平 PWM 变换器,有效确保了交流电网输入的电流和电压维持波形正弦及直流侧电压恒定,功率因数可调,降低了电路元件的耐压等级.隔离级采用 LC谐振式的半桥三电平 DCＧDC变换器,该变换器可有效降低电路损耗,提高电能 质量.在此基础上,结合系统的工作特征在本系统输入级、隔离级和输出级引入闭环控制策略,提高了电路的稳定性,保证了系统的输出电压的恒定,抑制了输入级电压突变对输出的影响.仿真结果验证了该方案的可行性和有效性。     

基于谐振式三电平半桥直流变换器的电力变压器拓扑结构

针对现有的几种典型电力电子变压器(PET)拓扑结构对电网电压暂升骤降的变化抑制能力较弱,无法保证负载电压的恒定,提出一种基于谐振式双侧三电平半桥直流变换器的电力变压器拓扑结构。该系统输入级使用三相三电平PWM变换器,有效确保了交流电网输入的电流和电压维持波形正弦及直流侧电压恒定,功率因数可调,降低了电路元件的耐压等级。隔离级采用LC谐振式的半桥三电平DC-DC变换器,该变换器可有效降低电路损耗,提高电能质量。在此基础上,结合系统的工作特征在本系统输入级、隔离级和输出级引入闭环控制策略,提高了电路的稳定性,保证了系统的输出电压的恒定,抑制了输入级电压突变对输出的影响。仿真结果验证了该方案的可行性和有效性。     

基于复合控制的电力电子变压器控制策略研究

在电力电子变压器（PET）中,针对高频变压器连接的输入级与输出级的变换器,现有的调制方法由电压、电流矢量计算和占空比组成,使得控制策略太复杂。在本文中,提出了一种复合控制应用在整个系统中,复合控制器由前馈解耦控制和智能预测控制两部分组成。前馈控制将基于PET系统中的交叉耦合电势进行完全解耦,然后智能预测控制通过的离散模型来预测电路变量,确保交流输出的电流参考值最接近前馈项的估计值。并且在下一个采样周期,选择最合适的开关状态来驱动功率器件。对系统输入和输出之间的不同电压幅值以及负载功率的变化进行仿真实验,仿真结果表明能够改善系统的稳态性能以及抗干扰能力,并得到单位功率因数运行,研究表明了所提出方法的正确性和有效性。     

两级交错单相VSR的均流控制

供配电网和大功率逆变焊机等应用场合要求电力电子变压器(PET)具有较高的功率等级。电力电子变压器低压端采用多级交错单相电压源整流器不仅可以克服传统单级VSR在功率电感、功率开关等方面的设计难度和成本压力,而且能够降低输入高频纹波电流,减小EMI滤波器尺寸。着重研究了两级交错单相电压源型整流器直接方案和交错方案的均流控制,从功率电路参数分散性、控制策略与驱动方式等方面理论分析其均流原理并通过MATLAB/SIMULINK仿真验证分析的正确性。采用TMS320F28335设计和实现了6kW两级交错单相电压源整流器,开关频率20kHz。实验结果表明：两级交错单相电压源型整流器很好地实现了网侧单位输入功率和电感均流,并且电感设计简化,效率增加,具有很好的纹波电流抑制效果和高性价比。     

基于高频矩阵变换器的新型开关电源

针对开关电源输入级存在谐波污染、功率因数低、效率低等问题,研究了一种基于高频矩阵变换器的新型开关电源。结合高频矩阵变换器和高频变压器,经二极管全桥整流,输出稳定的直流电压,将3级结构简化为2级结构。采用双极性电流空间矢量调制算法,可保证单位功率因数输入。采用输出电压闭环控制,在输入电压波动、负载变化的情况下均可保证输出电压稳定,显示了其良好的稳定性、动态性以及抗扰性。通过Matlab/Simulink仿真验证了调制和控制策略的正确性。     

一种新型井下架线电机车供电电源设计

提出了一种新型的基于单周期控制的单位功率因数整流器为井下电机车供电。该电源由维也纳整流级和高频隔离DC-DC变换级两级功率变换器级联构成,但控制电路采用一级协调控制。电路控制简单,不需要乘法器和输入电压检测就可以实现单位功率因数运行,且可以降低开关器件一半的电压应力。详细分析了新型整流电路的基本工作原理和双闭环控制策略,并通过仿真和试验对此新型电路拓扑及其相应控制策略的正确性进行了验证。     

在单相高频整流器中抑制直流纹波电流的控制方法研究

在直流侧无电解电容的情况下,单相整流系统二倍交流频率脉动的输入瞬时功率会在输出直流端产生二倍频的纹波电流,危害直流侧的设备。在单相高频整流器中分裂交流滤波元件构成单相差分输入高频整流电路,本文针对此电路拓扑,通过对比控制电压、控制电流2种模式下的波形控制方法,分析2种模式下控制方法的优缺点,提出了一种最优的控制电压模式波形控制方法,该方法不仅能实现单位功率因数、抑制直流电流纹波,而且具有有效降低变换器内部的循环流动能量、不引入其他谐波等优点。本文对波形控制方法进行了详细的理论分析,并通过仿真验证了所提出控制策略的有效性。该方法可以推广至无电解电容电力变换相关的应用。     

电流源高频交流环节AC/AC变换器研究

提出了基于反激F1yback变换器的电流源高频交流环节AC/AC变换器电路结构与拓扑族。该电路结构由输入周波变换器、高频储能式变压器、输出周波变换器以及输入、输出周波变换器构成，能够将一种不稳定畸变的交流电变换成问频率稳定的正弦交流电压；该电路拓扑族包括单四象限功率开关式、推挽式、半桥式、全桥式等四种电路。以单四象限功率开关式电路拓扑为例，分析研究了这类变换器工作模式、稳态原理与电压瞬时值反馈控制策略，给出了变换器的外特性曲线、关键电路参数设计准则。原理试验结果证实了这类变换器新概念的正确性与先进性。     

基于双管反激变换器的全桥式高频交流环节AC/AC变换器研究

提出了以双管反激变换器为基础的全桥式高频交流环节AC／AC变换器拓扑。该拓扑由输入周波变换器、高频储能式变压器、输出周波变换器以及输入、输出滤波器构成，能够将不稳定劣质的交流电变换成同频率稳定的优质正弦交流电压。分析研究了这种变换器的工作模式、稳态原理特性与电压瞬时值反馈控制策略，给出了变换器的外特性曲线以及变换器内阻对外特性的影响、关键电路参数设计准则。理论分析与原理试验表明，这种变换器具有高频电气隔离、电路拓扑简洁、两级功率变换(LFAC／HFAC／LFAC)、双向功率流、网侧功率因数较高、负载适应能力强、音频噪音小、负载短路时可靠性高、适合于高压输入小功率变换场合等特点。     

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。     

一种新型斩波AC/DC/AC变换的单相DVR

针对输入侧采用不可控整流AC/DC/AC结构的单相动态电压恢复器(DVR)输入侧功率因数低,谐波含量高等问题,提出了一种基于PWM斩波变换器的动态电压恢复器来补偿负载两端电压的跌落。该新型拓扑结构采用PWM斩波控制节省了直流侧电容,简化了滤波器设计,使输入侧线路中谐波含量降低,同时达到单位功率因数;电压检测采用单相信号构造成两相信号,利用瞬时无功理论对信号进行检测与处理,实时性高;搭建MATLAB/Simulink仿真和系统实验平台,验证其合理性和可行性。     

采用辅助变压器的全占空比调节三电平AC/AC变换器

高压大功率变换场合下,传统三电平AC/AC变换器需要同时控制输出电压和飞跨电容电压,使得控制电路相对复杂,且输出电压和负载范围受到限制。为此提出了一种采用辅助变压器的全占空比调节三电平AC/AC变换器,其飞跨电容电压由辅助变压器直接供给,无需通过其他控制电路进行调节。该变换器只有输出电压1个控制对象,其控制简单、易于实现,可全占空比满幅调节输出电压,且辅助变压器的容量很小,只需略大于飞跨电容的无功负载。详细分析了电路工作原理,并研制了原理样机。实验结果表明,采用简单的控制电路就可实现三电平AC/AC变换器的全占空比满幅调节。     

基于UC3879矩阵式AC／DC变换器研究

基于UC3879及矩阵式变换器,提出了一种新的AC／DC变换器。采用三相／一相矩阵式变换器,直接将三相380V／50Hz输入变换为单相高频（15kHz）电压,由高频变压器隔离,经倍流式整流、滤波输出预期的直流电压。控制电路以UC3879及外围逻辑芯片对驱动信号编码,并完成闭环控制。理论分析了系统的工作原理,并进行了4kW28．5V／140A样机实验,验证了理论分析的正确性及方案的可行性。该方案具有矩阵变换器的所有优点,拓宽了矩阵变换器的应用范围。     

不平衡工况下CLLC型交直流母线接口变换器控制策略

针对交流微电网电压不平衡工况下直流微电网母线电压二倍频脉动问题,提出一种适用于CLLC直流变压器的两级式双向隔离AC/DC母线接口变换器控制策略。首先,对不平衡工况下交直流母线接口变换器功率传输特性进行分析,并设计抑制交流侧负序电流的控制策略。其次,建立CLLC直流变压器的基波等效模型,并分析其电压增益和输入阻抗特性。在此基础上,考虑不平衡工况下CLLC直流变压器输入电压脉动特点,对CLLC直流变压器进行了参数优化设计并提出了基于脉动电压前馈的控制策略以抑制直流母线电压脉动。最后,通过Matlab/Simulink进行仿真,结果表明,采用所提控制策略,在交流母线电压平衡及不平衡工况下均能保证三相电流平衡的同时抑制直流母线电压脉动。     

基于移相全桥的三相四线PFC变换器的理论和实验

该文基于移相控制全桥技术，提出一种三相四线功率因数校正AC／DC变换器。把中线接到全桥的滞后臂，利用交流输入电感的能量改善全桥滞后臂的软开关，而不需要附加其他元器件，因而不引起占空比损失。该boost型变换器在较低应力下工作，因此更利于提高功率因数。输出有高频变压器隔离。利用二重Fourier级数分析了交流输入电流的频谱，设计了交流输入滤波器。制作了一台样机以验证理论分析。     

准单级功率变换的高效单相三端口功率因数校正变换器

由于Boost型功率因数校正(PFC)变换器输出电压必须高于交流电压峰值,因此当负载电压较低时,其需要级联直流/直流(DC/DC)变换器,不利于系统效率提高。以优化PFC变换器随电网电压变化的瞬时效率、进而提升整体效率为目标,研究了一种单相三端口PFC变换器。通过将传统三电平Boost变换器的低压侧分压电容直接用作负载输出端口,并构造出一个高压端口,可以实现交流输入侧和直流负载侧之间的准单级功率变换,有效减小了系统中功率变换的级数,从而实现PFC变换器整体效率的提升。此外,准单级功率变换的特性还有利于减小后级DC/DC变换器的电压电流应力和功率损耗,进一步提高交流/直流(AC/DC)变换器的整体效率。文中详细分析了三端口PFC变换器的工作原理和控制策略,建立了损耗分析模型并进行了仿真验证。最后,利用2kW实验样机验证了所研究变换器在改善系统效率方面的有效性。     

多级串联高压大功率矩阵变换器的研究

提出和采用载波移相调制原理,仿真分析一种降压变压器次级绕组功率平衡的多级串联高压变频器,即一个次级变压器承担对称的3个三相-单相矩阵变换器输出,输出相位相同的三相-单相矩阵变换器通过升压变压器次级串联,构成一相高压交流输出。整个电路由网侧工频降压变压器、单相矩阵变换器阵列、载侧高频升压变压器以及滤波电路构成。仿真结果表明,所提出的多级串联高压变频器具有可行性和低成本特征。