三相固态变压器功率平衡控制策略研究

固态变压器作为现代智能电网的关键设备之一,得到国内外电力电子与电力系统等领域学者的广泛关注与研究。低电压/功率等级的模块级联型结构减小了在高电压/功率的传输时开关管电压电流应力。然而,这种拓扑结构引入模块之间电压/功率不平衡问题,可能产生开关管过压、过流及电网电流谐波增加等影响。分析了一种新颖的整流级共同占空比控制、中间级电压跟随控制、逆变级PR控制的三相固态变压器均压均功率系统控制策略以及可能影响电压及功率平衡的模块参数,理论与仿真验证该系统控制策略有效性。三相15 kW原理样机验证控制策略可实现输入侧单位功率因数、电压功率平衡及能量双向传输功能。     

级联型电力电子变压器控制策略研究

针对模块级联型电力电子变压器(PET)高压级输出电压和隔离级功率传输不均衡问题,提出高压级采用电压均衡控制,隔离级采用功率均衡控制来解决,低压级采用电压重复控制,以减小逆变器输出谐波,提高PET输出的电能质量。隔离级和低压级输出采用并联的连接方式,避免了低压级不平衡对高压级产生影响。仿真结果验证了上述控制策略与连接方式的正确性与有效性。     

三角形级联固态变压器的多直流电压平衡控制

级联固态变压器可以直接接入高压配电网,但其存在的直流电压不平衡和功率不均衡问题,将严重影响装置可靠运行。针对三角形级联固态变压器提出了一种多直流电压平衡控制方法,并在建立装置的平均功率模型的基础上,对比分析了其在不同控制方法下的相内和相间功率特性。所提出的方法在满足直流电压平衡和功率均衡调节的同时消除了传统方法中直流变换环节的电流传感器。通过仿真和实验对所提方法的有效性进行了验证,结果表明该方法大幅简化了控制系统,并给装置带来了更好的不平衡无功补偿能力。     

基于DSP/FPGA的级联型固态变压器控制研究

级联型固态变压器是构建能源互联网的核心设备。然而单一控制器不能满足级联型固态变压器快速控制和各开关器件PWM脉冲信号数量的要求。对此根据级联型固态变压器的基本工作原理,采用了基于DSP与FPGA的协同控制器。该协同控制器通过高性能DSP实现控制算法的快速准确计算,并使用SPI通信总线发送PWM调制信号数据至FPGA。同时利用FPGA的并行机理,更好地实现了基于载波相移技术的PWM调制,而FPGA丰富的端口也满足PWM脉冲信号的数量要求。最后在380 V/2 k W两级级联H桥固态变压器样机上进行了实验。结果表明,所采用协同控制器,既可增加PWM脉冲信号数量,也能够自主适配级联级数,实现对整个系统的综合控制,具有较好的可行性和有效性。     

一种级联电力电子变压器直流电压平衡控制策略

基于功率反馈的双闭环功率均衡策略是级联型电力电子变压器隔离级DC-DC变换环节的一种典型控制策略。该策略优点之一是控制过程中明确了变换器传递功率指令这一变量,可以通过对其作处理来调节隔离级传递功率,进而实现多种功能。基于此提出一种改进的整流电压平衡控制策略,在DC-DC变换器各级单元功率指令上引入相应前级整流电压偏差补偿量,通过调节隔离级各单元功率分配以自动实现整流侧直流电压平衡。最后通过仿真与实验验证了这种功率指令补偿式电压平衡策略的有效性。     

一种多模块高电压固态变压器的研制

固态变压器(SST)作为一种基于电力电子技术的新型电力变压器,可以对初级和次级的电压、电流进行主动补偿和控制,因此很适合应用在发电、输变电和配电等多个电力系统场景。提出一种由10个子模块并联输出组成的高电压SST设计方案,每个子模块由一个三电平功率因数校正(PFC)转换器和一个隔离型LLC谐振转换器构成,10个子模块并联输出端连接至负载逆变器,最终由逆变器输出向负载供电。首先分析了PFC转换器和LLC转换器的工作原理,然后介绍了功率级的控制策略,最后搭建实验样机对所提方案进行了验证。实验结果表明,所提方案可以实现10 kV～220 V的功率转换,且保持较高的功率因数和较低的电流谐波率。     

级联多电平变流器链节静态均压的研究

介绍了级联多电平拓扑结构下功率单元供电系统的各种取电模式,分析归纳了各种功率单元直流负荷的等效模型,通过对静态均压电路数学模型的分析,提出了可保证静态均压的电路设计原则和参数选取方法。仿真和样机试验结果表明,该电路设计与参数选取原则可有效克服功率单元直流耗能元器件的参数离散性对链节均压的影响,保证级联多电平变流器在脉冲解锁前,各功率单元间的长时间电压均衡、稳定与收敛,提高了级联多电平变流器装置整体的安全可靠性与可操作性。     

级联MOSFET均压测试方法研究

文章分析了传统均压测试方法中,隔离高压探头寄生参数对级联MOSFET均压效果的影响。通过改变同一高边MOSFET的DS电压测试探头数量,分析了测试方法引入寄生参数的变化对瞬态均压的干扰程度。基于此提出了一种减法均压测试方法,并对所提出的减法均压测试方法的优化进行了分析与实验验证。实验结果表明该测试方式能精确评估级联MOSFET在稳态以及开通、关断瞬态的均压效果,且不受测试线缆寄生参数的影响。     

级联变换器改进功率平衡控制策略

针对传统功率平衡控制存在控制偏差而难以实现准确功率补偿的问题,以单相整流器与双有源桥(dual active bridge, DAB)变换器级联的功率变换系统为例,提出了一种改进功率平衡控制策略。首先,在整流级利用中间直流电压闭环调节功率平衡系数,利用功率平衡系数直接在功率平衡计算式中对变换器功率损耗以及采样偏差等控制误差进行补偿。其次,在DAB级将输出电压闭环的输出信号引入功率平衡系数的调节,具备了两条产生移相比的路径,在前馈路径故障缺失时仍可产生移相比。最后,实验结果表明,所提策略具备更高的功率平衡计算精度,并且对电流传感器故障导致的负载信息缺失或采样偏差大的故障工况也具备一定的容错性。     

一种三相级联型电力电子变压器及其控制策略研究

针对直流微网的并网问题,设计一种三相级联型电力电子变压器,高压交流输入级采用星形级联型H桥拓扑,低压直流输出级使用输出并联的隔离式双向主动全桥结构。在直接接入交流配电网的同时,为分布式能源提供了一个稳定的直流接口。文中针对两级分别设计了闭环的控制方法,特别是对于高压级的星形级联型拓扑提出了一种简单的相间和相内直流侧平衡控制方法。通过仿真和实验验证了上述拓扑结构和控制策略的可行性和有效性。     

级联式电力电子变压器的电压平衡控制策略

针对中压配电网中普遍存在的三相不对称现象,采用级联H桥分离直流母线结构的电力电子变压器,为了解决直流侧电压平衡问题,在输入电压和输出负载不对称时,提出了一种新的负序电压注入法控制相间直流电容电压平衡,建立了每相平均功率与负序电压之间的关系,在dq坐标系中对负序电压进行了计算,避免了复杂的三角函数求解。计算结果中不含电网电流,无需对电流进行正负序分离,只需采用单电流内环控制。另外,在输出级采用调节占空比的方法实现相内直流电容电压的平衡控制。仿真结果表明了所提控制策略的有效性。     

级联型电力电子变压器电压与功率均衡控制方法

对于模块级联型电力电子变压器,如果整流级直流输出电压不均衡或各双有源DC-DC变换器(DAB)模块传递的功率不均衡,可能导致开关器件电压或电流应力分配不均。因此提出在整流级采用电压均衡控制,在DAB级采用功率均衡控制来解决整流级输出电压的不均衡问题和因各DAB模块参数不匹配导致的功率不均衡问题。对于该功率均衡控制,是利用各整流模块占空比的有功分量作为反馈量来调节各DAB模块占空比实现的。电压均衡控制与功率均衡控制共同作用,以使系统达到整流级直流输出电压均衡和各DAB模块功率均衡的目的。此外,该功率均衡控制可以很容易由DSP实现,且不需要任何电流传感器。该控制方法已得到仿真验证,并在模块级联型电力电子变压器实验平台上得到实验验证。     

基于模式切换的固态变压器多直流电压平衡控制方法

能源互联网通过固态变压器整合分布式可再生能源,但是容易出现不同H桥模块间电压失衡、直流变换效率低以及能耗高的问题。因此,研究基于模式切换的固态变压器多直流电压平衡控制方法,分析固态变压器中的负责能量传递的双移相桥隔离型双向直流变换器损耗分布情况,为直流变换器效率优化提供分析依据,通过移相控制模式和梯形电流控制模式间的合理切换控制,提高直流变换器效率,实现固态变压器中双向直流变换器全功率范围内的损耗最佳控制,在此基础上,通过单相任意单元数级联H桥固态变压器的SVPWM算法,解决变压器的模块级联H桥型固态变压器出现不同H桥模块间的均压问题,实现变压器多直流电压的平衡控制。结果表明,该方法对固态变压器多直流电压平衡后,使得变压器电网电流谐波小,固态变压器AC／DC的3H桥电容电压达到了平衡状态,固态变压器直流母线端口电压以及低压直流端口电压稳定,达到平衡状态。     

级联型电力电子变压器三相电压暂降隔离能力分析

级联型电力电子变压器(PET)在中低压配电网应用前景广泛,深入研究其电压暂降隔离能力,对于其器件参数选择、储能容量配置、减少电压暂降治理装置配置等工作具有重要价值。文中通过理论推导,研究了级联型PET电压暂降隔离能力的限制因素:针对输入级,深入研究了调制比、直流链电容电压波动以及开关器件电流有效值限制对其电压暂降隔离能力的影响;针对隔离级,详细分析了移相比、开关器件电流有效值及峰值限制对其隔离直流链电压跌落能力的影响;明确了不同设计参数下输入级和隔离级电压暂降隔离能力的主要限制因素,并建立了级联型PET电压暂降有效隔离区域。最后,通过仿真验证了研究结果的正确性。     

基于平衡变压器的三相-单相对称供电条件研究及参数匹配

提出一种在平衡变压器三相变两相的基础上,根据移相原理匹配以无功补偿元件,实现三相系统对单相负荷平衡供电的三相-单相对称供电方式。该供电方式利用平衡变压器输出两相电压的正交特性,从而简化了匹配元件的计算;讨论了其三相-单相变换的拓扑结构,针对纯阻性、阻感性、阻容性3种不同性质的负荷提出了3种不同的接线方式及其匹配元件参数的计算公式;并对由匹配元件参数的误差和负荷在一定范围内变化所引起的三相侧电流负序分量增大情况进行了分析,给出了抑制此负序电流的一种解决办法;最后在一台2 kVA的平衡变压器样机上验证了所推计算方法的正确性和实用性。     

三相四线有源电力滤波器直流侧电压控制方法

针对传统直流侧电压控制方法存在超调量和静差较大的问题,提出了模糊PI控制方法,该方 法根据直流侧电压的变化情况,采用模糊控制规则对PI控制参数的初始值进行自动调整,使其在 任意时刻都能采用最适合的PI控制参数。与传统直流侧电压控制方法相比较,该控制方法具有超 调小、响应速度快、静差较小的特点。仿真结果验证了该方法的正确性。     

H桥级联多电平变流器的直流母线电压平衡控制策略

H桥级联多电平变流器是一个非线性、多变量、强耦合系统,其中单个功率模块的直流母线电压平衡问题严重影响该类型装置的输出性能,并限制其应用范围。对变流器与系统之间的功率交换模型进行详细的数学推导,得出可以通过控制变流器负序电流、零序电压或负序电压的方式达到控制单相直流电压平衡的控制规律。结合全局平均直流电压控制策略和单模块直流电压控制策略,提出基于正负序电流分离解耦控制的通用三级直流母线电压控制方法,解决了H桥级联多电平变流器的直流母线电压平衡问题,并提高了装置的输出性能。仿真和实验验证了所提直流电压控制策略的有效性和可行性。