基于飞轮储能系统的动态电压恢复器

提出了一种基于飞轮储能系统(FESS)的动态电压恢复器(DVR)的装置。其拓扑结构与传统DVR拓扑结构相比,省去了为给飞轮储能单元补充能量而专门配制的整流设备,简化了结构。根据基于FESS的DVR装置的结构特点以及飞轮储能系统的充电原理,提出了一种自充电控制策略,在充电过程中,控制器根据负载和飞轮储能系统的运行情况确定负载侧参考电压。建立了基于FESS的DVR变换的数学模型,设计了同步旋转坐标系下的双矢量控制器。实验结果验证了该装置结构和自充电控制策略的有效性。     

新型动态电压恢复器的拓扑与控制策略

为改善电能质量,提出了一种由PWM交流斩波变换器和变压器组成的动态电压恢复器电路拓扑.变压器一次侧通过固态继电器投切组与交流斩波变换器输出端相连,其二次侧与负载串联.当电网电压发生波动时,通过改变交流斩波变换器输出电压以及固态继电器组投切状态,达到调节补偿电压、保持负载电压稳定的目标.新型动态电压恢复器不需使用电池、大...     

串联型Z源五相双级矩阵变换器研究

五相双级矩阵变换器(TSMC)在多相交流调速系统中应用前景广泛,但电压传输比低。提出一种串联型Z源五相TSMC拓扑,其具有五相TSMC的优点,同时Z源网络的引入克服了五相TSMC电压传输比低的问题。相比于传统并联型Z源网络,串联型Z源网络电容电压应力降低,不存在启动冲击电流,从而减小了系统体积,提高了变换器可靠性。给出了五桥臂逆变级的调制策略及整流级和逆变级的协调控制策略,该调制策略能实现Z源五相TSMC优良的输入输出性能。仿真和实验结果验证了所提拓扑的正确性及其调制策略的有效性。     

基于并联型电压源变换器的统一电能质量控制器

传统统一电能质量控制器（UPQC）难以有效解决大幅度电压跌落问题,并且串并联侧存在耦合,控制相对复杂。为此,本文提出一种基于并联型电压源变换器的UPQC方案,能够克服传统UPQC的不足。新型UPQC拓扑由两个独立并联电压源型变换器组成,分别实现有源电力滤波器（APF）和动态电压恢复器（DVR）功能。提出了APF单元与DVR单元投切策略,针对DVR单元的控制,提出了基于DVR直流侧电压的分段式控制策略,给出了DVR直流侧电容器容量计算方法。研制了50 kVA样机,并通过第三方专业机构实验检测,检测结果验证了新型UPQC方案的可行性和有效性。     

基于移相全桥的两级式交错并联DC/DC拓扑研究

针对电动汽车的快速、安全、高效充电等热点问题,提出了并联型DC/DC全桥与降压型变换器拓扑相结合的控制策略,利用移相全桥控制技术和交错并联控制技术,实现高频磁隔离功能,提高电流控制性能,提升整个系统效率.详细介绍了两级式DC/DC变换器的拓扑结构和工作原理,前级移相全桥电路通过移相控制实现软开关功能,并降低开关损耗,而后级降压电路可以实现闭环控制,输出固定电压.由此表明交错并联技术能够使输出电流纹波得到有效抑制,从而输出更高功率.本系统基于TMS28335进行软件设计,研制出一台最大输入电压为700 V,输出电压为250～550V的5 kW变换器,验证了所提出控制策略的可行性.     

混合级联型变换器的新型运行策略

提出了一种混合级联型变换器拓扑结构,对混合级联型变换器的工作原理和特性进行了分析.建立了电容电压模型,提出了一种新型运行策略,对系统中的能量进行吸收和释放,实现对电容电压进行充放电控制.在对电容电压进行动态维持的同时,实现高效的PWM调制.仿真结果表明,提出的混合级联型变换器拓扑工作原理正确可行,提出的新型运行策略可显...     

组合式交流变换器研究

输入串联、输出并联变换器,能降低变压器输入侧开关管的电压应力和输出侧开关管的电流应力,适用于高输入电压、低输出电压电能变换场合.基于模块化思想,提出了一种输入串联、输出并联组合式电流源高频环节交流变换器,研究了其工作原理和控制策略,此控制策略实现了该变换器的均压均流控制.通过样机实验验证了输入串联、输出并联电流源高频环...     

一种新型交错并联ZVS电流型推挽变换器

电流型推挽变换器适用于低压输入高压输出场合,但传统拓扑结构功率管工作在硬开关状态,开关损耗大、电压应力高,所需变压器匝比大。文中提出了一种新型的交错并联零电压开关(ZVS)电流型推挽变换器。所提出结构在传统拓扑基础上只需增加一个简单的箝位支路即可实现所有功率管的ZVS开通,箝位电路可有效吸收变压器漏感能量,输入并联输出串联结构可以减小原边功率管的电流应力、副边二极管的电压应力、滤波器的大小及变压器匝比。文中详细讨论了所提出变换器的工作原理、关键设计,搭建了一台800 W原理样机验证了所提拓扑的有效性。     

适用于电压幅值双极性调控的直接式AC/AC变换器拓扑结构

针对电网中不确定性事件所带来的电压幅值波动问题,提出了一种适用于电压幅值双极性调控的直接式AC/AC变换器拓扑结构。该拓扑是由2个无差分脉冲宽度调制(PWM)型交流斩波桥臂构成的H桥结构,具有输入/输出"共地"、双自由度、双极性调控与无换流问题等特点。详细分析了变换器的拓扑构成、PWM原理,通过正/反极性场景的分析揭示了其工作模式;在参数设计的基础上,研制了变换器原理样机并搭建了动态电压恢复器系统。不同工况下的实验结果表明,所提出的直接式AC/AC变换器能够有效抑制电压幅值波动。     

光伏中压直流变换器串联系统控制策略研究

针对光伏中压直流变换器串联系统中光伏发电单元功率失配导致的变换器输出过电压及功率损失问题,分析了光伏直流变换器串联系统运行特性,推导了限电压控制下串联系统光伏功率损失与光伏发电单元功率不均衡度及变换器输出电压限幅值之间的关系;提出了改进型Boost全桥隔离功率模块拓扑及其调制策略,基于功率模块输入并联输出串联形成模块级联型直流变换器,通过占空比灵活调节,实现直流变换器宽输出电压范围运行,解决直流变换器调压能力不足导致的功率损失问题;针对光伏直流变换器串联系统复杂运行工况,提出了串联系统直流变换器自适应电压分段式控制策略,实现了串联系统直流变换器多模式自适应稳定运行。研制了3kV/80kW功率模块及20kV/500kW光伏中压直流变换器,基于3台直流变换器输出串联实现了光伏中压直流变换器串联升压并网系统实证应用,现场实验结果验证了所提直流变换器拓扑方案的可行性与控制策略的有效性。     

基于双极性直接式AC/AC变换的单相动态电压恢复器

动态电压恢复器(DVR)是串接于电源与负荷之间用以实现快速补偿系统电压波动的电力电子装置。针对传统基于电压源型逆变器的DVR存在的储能设备所带来的问题以及基于脉宽调制(PWM)型直接式AC/AC变换的DVR所存在的换流、飞跨电容电压平衡等问题,文中提出了一种基于双极性直接式AC/AC变换的单相DVR。该DVR所使用的PWM型AC/AC变换拓扑具有输入、输出共地特点,同时,该DVR能够在较为简单的控制策略下实现系统电压的双极性调控且其在运行过程中有效解决了换流问题。为了验证所提出的DVR的工程价值,在理论分析的基础上,搭建了1 kW的实验平台对其合理性与有效性进行了验证。     

Reduction of dc voltage sources and switches in asymmetrical multilevel converters using a novel topology

This paper presents a novel topology for asymmetrical cascade multilevel converter. The proposed circuit consists of series connected sub-multilevel converters blocks and it can generate more dc voltage levels than other topologies. The proposed topology results in reduction of dc sources and switches number, losses, installation area and converter cost. This converter has been used in a DVR, which has not any coupling transformer. The DVR which is based on the proposed converter has been modeled and the simulation results show its capability in solving power quality problems. The operation and performance of the proposed multilevel converter has been verified by the measurement results of a single-phase 147-level multilevel converter.     

一种超宽电压范围隔离型DC-DC变流器研究

针对不同规格电动汽车的统一充电系统需求,研究2倍以上宽输出电压范围隔离型DC-DC变流器已成为该领域的热点。提出了一种隔离型的LLC串-并联模式变换拓扑及其设计方法,实现0.5~3.0倍的宽输出电压范围,且所有功率器件满足软开关运行。首先,利用半桥变模态控制,获得1.0倍以下电压增益;然后,利用PWM脉冲180°移相实现串-并联快速切换,实现1.0倍或2.0倍电压增益的转换;最后,通过变频结合PWM整流器直流电压调压功能,实现0.5~3.0倍宽电压增益的调节。样机实验结果表明:所提变流器利用上述策略,达到了预期的0.5~3.0倍增益,且实现软开关运行;此外,并联至串联切换过程时间非常短,仅300μs,串联至并联切换过程稍长,但也仅4.5 ms,适用于对电压增益范围要求较宽的应用场合。     

永磁风力发电系统的变拓扑晶闸管整流器控制策略

为了克服电力电子器件尤其是绝缘栅双极晶体管(IGBT)对风电机组功率容量和电压等级的束缚,提出了一种适用于六相双Y永磁同步发电机的风力发电变流装置。该装置将变拓扑结构的晶闸管整流桥和三电平逆变器分别作为前端和后端。前端整流器中,2个三相晶闸管整流桥之间的串并联关系可通过二极管与开关组成的辅助电路在运行过程中进行动态切换。在低风速时,2个整流桥串联,提升输入电压;在高风速时,2个整流桥并联,扩大功率容量,以适应风力发电机输出电压的宽范围变化。新型电流峰值控制方法替代了传统比例积分(PI)控制方法,消除了变结构可能造成的电流突变,实现了动态运行中拓扑结构的无缝切换。三电平逆变器在发电机接近额定功率时根据风力机转速线性提高母线电压,使得整流器相位移因数保持稳定,提高功率因数。实验结果验证了原理的正确性和装置的可行性。     

Implementation of an interleaved pulse‐width modulation converter for renewable energy conversion

This paper presents an interleaved soft switching converter to achieve the features of zero voltage switching (ZVS) turn‐on for power switches, zero current switching turn‐off for rectifier diodes at full load, less transformer secondary winding with full‐wave diode rectifier topology, and balance primary currents with series connection of the transformer secondary windings. Two circuit modules are adopted in the proposed circuit, and they are operated with an interleaved pulse‐width modulation. Thus, ripple currents at the input and output sides are reduced. In each module, two ZVS converters using the same switches are operated with interleaved half switching cycle. The secondary windings of transformers are connected in series in order to ensure that the primary side currents are balanced. The full‐wave diode rectifier topology is used on the output side such that the voltage stress of rectifier diodes equals output voltage, rather than being two times the output voltage as in a conventional center‐tapped rectifier topology. Laboratory experiments with a 1000‐W prototype are provided to describe the effectiveness of the proposed converter. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

三相线电压级联VIENNA变换器原理及仿真分析

提出一种能量单向传输的、能在高压下完成单位功率因数整流的三相线电压级联VIENNA变换器拓扑,此新型变换器可作为新一代高频隔离中高压变压变频器的整流级。分析了该拓扑的工作原理及向更高级数拓展的方法,提出了相应的控制策略,并进行了仿真研究。理论分析和仿真结果表明,所提新型变换器拓扑在合适的控制策略下,可以具有很高的功率因数和很低的总谐波畸变THD;可以始终保持各模块直流输出电压均衡一致性。与传统级联变换器相比,可大大减少全控器件个数和耐压值,从而使得控制复杂度和成本均得以降低。     

Design and Experimentation of a Dynamic Voltage Restorer Capable of Significantly Reducing an Energy-Storage Element

This paper deals with a dynamic voltage restorer (DVR), or a voltage-sag compensator, which consists of a set of series and shunt converters connected back-to-back, three series transformers, and a dc capacitor installed on the common dc link. The DVR is characterized by installing the series converter on the source side and the shunt converter on the load side. This system configuration allows the use of an extremely small dc capacitor intended for smoothing the common dc-link voltage. This paper provides a design procedure of the dc capacitor under a voltage-sag condition and proposes a control method for the series converter, which is capable of reducing the voltage ratings of both the series converter and the series transformers. Experimental results obtained from a 200-V 5-kW laboratory system are shown to confirm the validity of the design procedure and the effectiveness of the control method.     

Sensitive load voltage compensation against voltage sags/swells and harmonics in the grid voltage and limit downstream fault currents using DVR

In the past decades, the power quality (PQ) has become a critical issue in highly automated industries and sensitive load centers. The voltage quality is the most important part of the PQ for customers. The voltage disturbances in the form of voltage sags, swells and harmonics can cause huge financial losses. In the past few years, the power electronic solutions have been proposed to avoid these problems. The dynamic voltage restorer (DVR) is one of the solutions. This paper proposes a new topology for single-phase DVR which is able to compensate multiple voltage disturbances and limit the downstream fault currents with a simple topology. The proposed DVR is based on the single-phase direct ac/ac converter which is energized from the main grid. As a result, there is no need for energy storage elements and dc link capacitors. The proposed topology can deal with high voltage with low voltage rating switches. Therefore, the switches can be IGBTs without needing an auxiliary forced commutation circuit as in thyristors which are high voltage switches. The performance of the proposed topology is validated by digital simulations and a laboratory scale prototype implementation.     

电压瞬时跌落时双级矩阵变换器的控制策略

双级矩阵变换器是一种新的矩阵变换器拓扑,存在中间直流环节,因此其整流级和逆变级可以分别采用空间矢量PWM调制策略.但是由于中间直流环节没有储能的电容或者电感,输入侧电压瞬时跌落直接影响输出电压和电流,降低双级矩阵变换器的性能.为了抑制输入电压瞬时跌落对双级矩阵变换器性能的影响,提出了一种整流级电路多种调制模式切换的控制策略,根据不同调制模式下电压利用率的不同,实现整流级电路各调制模式的平滑切换,提高整流级电路电压利用率,从而保证输出性能的稳定.该方法可以将整流级电路的电压利用率由SVM调制的0866提高到0955.在基于逆阻式IGBT的双级矩阵变换器样机上的实验验证了提出的方法的有效性.     

用于车载充电机的谐振变换器及其控制策略研究

对于车载充电机应用,传统频率控制的LLC谐振变换器难以实现宽电压范围,也不利于车载充电机的优化设计。为了解决这些问题,基于一种具有混合整流器的谐振变换器,对其控制策略进行研究以实现宽输出电压。在这种结构中,转换器的副边侧整流二极管与输出滤波电容间的两个辅助开关管反接串联,将整流电路构成全桥-半桥的混合整流器。然后,提出了一种窄频率范围的频率控制和一种定频PWM控制,使得谐振变换器可以实现宽电压范围。与传统频率控制的谐振变换器相比,该转换器有如下优点：宽电压范围、低环流损耗、缩小了频率调节范围。最后,MATLAB/Simulink仿真和实验结果验证了该转换器和控制策略的有效性、可行性。