多绕组高频变压器隔离式多电平变换器研究

为在高压大功率变换领域中省去工频变压器,并实现隔离、功率平衡和能量双向流动,提出了一种高频变压器隔离式级联型多电平变换器拓扑。级联H桥整流器和级联型逆变器的各个直流母线与采用多绕组高频变压器的隔离单元相连接,可通过多绕组变压器简单地实现各级负载不均衡时的功率平衡。本文给出了多绕组高频变压器隔离式多电平变换器的拓扑结构,并给出了包括级联H桥整流器控制和高频隔离单元控制的控制策略。实验结果验证了本文提出的拓扑和控制策略的正确性。     

三相高频链周波变流器的控制方法研究

由于高频链电路与周波变流器相结合，可以使功率双向流动，以及使装置体积小，重量轻，因此该电路拓扑适用于需要电气隔离的场合。但是。当高频变压器次级出现开路时，漏感中的储能没有放电回路。会导致较高的电压尖峰。因此，本文提出了一种新的控制方法来解决这个问题，在高频变压器原边采用全桥移相控制方式。产生周期性及相当稳定的电压过零区间；在高频变压器副边采用电流控制的脉冲密度调制方式，实现零电压开通和关断。并且，针对三相异步电动机负载进行了实验。从而证明该控制方法的正确性。     

瞬时功率聚合传输的低电容值大功率级联型风力发电系统

随着海上风电机组单机容量的不断增加,传统低压两电平背靠背变流器存在额定电流过大、解揽困难等问题,难以满足10～20MW大型海上风电机组功率变换需求。为此,提出了一种基于瞬时功率聚合传输的中压大容量级联H桥风电变流器拓扑结构。该拓扑利用四端口DC/DC变换器进行电气隔离。并给出了一种基于瞬时功率聚合传输的控制方法,将级联H桥三相H桥单元的低频脉动功率进行聚合传输,消除级联H桥的直流侧低频脉动电压。相比于常规级联H桥风电变流器,所提拓扑不需要多绕组工频变压器隔离,并且可以大幅降低所需的低频滤波电容,具有功率密度高、成本低、可靠性高(直流滤波电容)的优势。最后搭建了小功率模拟实验平台,验证了所提拓扑及控制策略的有效性。     

一种隔离80 kV大功率开关电源的设计

介绍了一台隔离80 kV,响应速度3 ms,最大输出功率90 kW脉冲工作开关电源的设计。为满足电源快速性和输出纹波要求,对主电路的拓扑结构进行了优化。应用高频变压器隔离80kV高压,分析了高频变压器漏感与占空比损失之间的关系,提出了高频变压器的直流等效电路。实验证明该电源能够稳定工作,电源性能都能满足设计要求。     

模块化多电平直流变压器研究EI北大核心CSCD

针对直流配电网系统,文中提出一种模块化多电平直流变压器结构,该结构仅采用一个高频变压器实现电气隔离和电压匹配,大幅度简化了原副边绝缘设计。为了提高变流器效率并实现模块电压的均衡,文中提出一种双移相控制方法。文中详细介绍了模块化多电平直流变压器的工作原理及控制方式,并分析功率器件的软开关特性。为了验证所提结构的可行性,文中基于碳化硅器件搭建了一台2k W样机,实验结果跟理论分析非常吻合。     

一种用于新能源混合发电的移相控制三端口DC-DC变流器

结合新能源混合发电要求,介绍一种三端口电气隔离、软开关运行和低输入电流纹波的三端口多向DC-DC变流器。首先通过对三绕组高频变压器的T/Δ等效变换,对5种工作模态下的功率和变压器电流有效值进行近似统一,得出全运行范围下的通用表达式,简化了分析和降低了设计复杂度;然后对开关管的软开关运行条件进行分析,证明该拓扑具有良好的软开关特性;最后设计了一台2.5 k W的实验样机,对此变流器在宽电压输入范围条件下的工作模态和软开关特性进行实验验证,证明了理论分析的正确性。     

基于共载波调制的功率复合型模块化多电平固态变压器

整体功率密度低、成本高是制约现有固态变压器(SST)在配电网进一步发展和应用的关键因素。提出一种功率复合型模块化多电平固态变压器(PI-MMSST)拓扑结构,将传统SST输入级和中间级进行功率复合,整个装置的功率变换级数从3级减少为2.5级,装置体积减小,功率密度有效提高;相较于现有混频调制SST拓扑,PIMMSST对功率分配方式进行改进,大大减少滤波器使用,节约了装置成本。此外,提出双层式子模块(SM)电容电压均衡控制策略,采用高频和基频目标信号共载波的方法进行调制,满足PI-MMSST正常工作需求。最后,通过Matlab/Simulink仿真验证该新型SST拓扑及其双层式均衡控制策略的可行性和有效性。     

磁集成三端口电力电子变压器的改进控制方法

针对现有多端口电力电子变压器磁性元件体积大、功率变换单元多、成本高的问题,提出基于磁集成的三端口拓扑及控制策略。将传统拓扑的6个桥臂电感和大量的高频变压器集成为3个集成变压器,从而减小磁性元件体积。在变压器副边绕组接1个三相桥即可构建低压直流端口,极大地减少功率变换单元数目。利用桥臂电压的直流、工频和高频分量分别控制中压直流、中压交流和低压直流端口功率,实现多端口功率调控。为提高中压直流端口电能质量,将桥臂电压的高频分量设计为三相对称的六阶梯波,使其激发的电流分量在三相回路中相互抵消,从而实现中压直流端口高频电流纹波消除。最后,建立了4 MW仿真模型进行验证,结果证明了所提拓扑和控制策略的有效性。     

模块化多电平直流变压器研究

针对直流配电网系统,文中提出一种模块化多电平直流变压器结构,该结构仅采用一个高频变压器实现电气隔离和电压匹配,大幅度简化了原副边绝缘设计。为了提高变流器效率并实现模块电压的均衡,文中提出一种双移相控制方法。文中详细介绍了模块化多电平直流变压器的工作原理及控制方式,并分析功率器件的软开关特性。为了验证所提结构的可行性,文中基于碳化硅器件搭建了一台2k W样机,实验结果跟理论分析非常吻合。     

基于电力电子变压器的新型贯通式同相供电变流器

本文在对同相供电系统分类研究的基础上提出了一种基于单相-单相电力电子变压器(PET)的新型贯通式同相供电变流器电路拓扑。相对于传统的基于工频变压器的同相供电变流器方案,该拓扑可以取消工频变压器,并大幅减少低频滤波电感数量;相对于模块化多电平变流器(MMC)的方案,所提出的拓扑所需储能电容和低频滤波电感数量均可减少60%以上,而功率半导体数量几乎不变,可显著提升系统功率密度,降低系统造价。此外,当单台PET故障时系统可继续降额运行,而非系统全部停运,可靠性高。本文分析了所提出拓扑的工作原理并设计了控制策略。在所搭建的基于单相-单相PET的20MV·A贯通式牵引同相供电变流器模型上的仿真结果验证了该拓扑的正确性和有效性。     

采用多绕组高频变压器的新型多电平变换器拓扑及控制策略

提出了一种新型的采用多绕组高频变压器的多电平变换器拓扑。高频变压器与传统的工频变压器相比,在实现隔离的同时可以减小体积和重量。该变换器可以直接实现高压交流-高压交流的变换,也可以实现高压交流-多个低压交流或者直流的变换。通过电路拓扑的改变可以很容易改变输入和输出的电压等级,以适应不同的应用需求。变压器的各个绕组可以通过共同的磁场来实现功率和电压的平衡,不需要额外的功率和电压平衡算法。根据需要,变换器输出可以接不同功率、不同电压等级的负载,应用灵活、容易实现故障冗余。该新型电路拓扑模块化好,控制策略简单,具有很好的应用前景。仿真和实验结果验证了该拓扑及控制策略的可行性。     

光伏级联并网系统模块单元共模干扰建模及分析EI北大核心CSCD

为提高电能转换效率、降低器件的电压应力,大型光伏发电系统通常采用级联式拓扑、模块化设计。建立光伏级联系统模块单元的共模干扰模型是研究模块化光伏级联系统的电磁兼容特性,实施电磁兼容量化设计的基础。该文首先提出一种多绕组变压器结构电容的测试方法及等效共模耦合电容的计算方法,建立多绕组变压器高频共模耦合模型,对高频多绕组变压器各绕组之间的共模干扰耦合关系进行分析和评估;之后通过研究模块单元的共模干扰产生及耦合机理,建立一种新型LLC谐振变换器共模等效电路模型,并建立模块单元及系统的共模模型;最后,为解决大功率系统传导干扰测试困难的问题,采用退耦电容和高频磁环来隔离外部干扰,对功率缩比样机的共模电流进行测试。实验测试结果验证了所建模型的有效性。     

MW级LLC谐振式光伏并网变流器及控制策略研究

在“双碳”目标的大环境下,交直流混合微电网将是新能源发电发展的方向。为提供可靠性高、电压等级高、交直流交互能力强的并网设备,设计了兆瓦级LLC谐振式变流器,变流器可直接连接10 kV交流配电网。首先介绍了LLC谐振式变流器的主拓扑结构,并对高频隔离DC/DC模组功率单元进行了分析说明,然后根据变流器的实际工况,给出了其运行模式,研究设计了适用于该拓扑结构的移相启动控制策略和正常运行控制策略,并针对交流侧三相不平衡问题,制定了对应的均压控制策略。最后,研制了500 kVA/AC 10 kV/DC 750V实验系统,验证了所提拓扑结构和控制策略的正确性和有效性,为新能源并网提供新的实现方案。     

基于固态变压器的同步双频感应加热电源研究

同步双频感应加热电源在加热齿轮等复杂工件时具有良好的工艺性。目前提出的同步双频感应电源拓扑都具有整流部分,但电网中存在固态变压器时,可以通过固态变压器实现整流,无需传统拓扑的整流部分。基于固态变压器提出一种新型的同步双频感应加热电源拓扑,当电网中存在固态变压器时可省去传统拓扑中的整流部分,且具有减少谐波对电网污染、电气隔离等优点,给出了各部分控制方式,允许完全控制中频和高频逆变谐振槽路的输出功率和频率,设计了双频谐振网络参数,搭建了实验样机,分别对中频和高频槽路不同输出功率比例进行实验,验证了所提拓扑的可行性。     

多绕组变压器 变流器结构中高频谐波分析与抑制

多绕组变压器+变流器结构是高电压、大容量电力电子装置的典型结构之一。在变流器采用PWM全控型器件时,会产生与开关频率相关的高频谐波。以单相拓扑为例,对该结构下的高频谐波特性进行了分析;在考虑多绕组变压器的情况下,得出高频谐波传输等效模型;得到了通过载波移相消除高频谐波的理论依据,并给出了具体移相规律。试验结果表明,当采用正确的载波移相方式后,变压器原边电流波形改善明显。文章的结论可以推广到三相系统中。     

一种模块化多电平变流器的变频控制策略

模块化多电平变流器作为一种新型的多电平变流器拓扑,具有无需隔离变压器、谐波含量低、便于四象限运行等优点。然而,由于模块电容电压低频波动较大,到目前为止,模块化多电平拓扑在变频调速领域还没有得到广泛应用。针对这一问题,提出了一种在桥臂共模电流和输出共模电压中加入高频方波分量的低频控制策略,同时提出了一种基于基频电流注入的高频控制策略,并研究了控制算法的切换问题。在此基础上,提出了一种模块化多电平逆变器宽频率范围运行的控制策略,该策略能减小电容电压的低频波动,维持模块电容电压的平衡,保证电机平稳启动并稳定运行。最后,仿真和实验结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

适合高输入电压的高频隔离逆变器

不带变压器的逆变器缺少电气隔离,安全程度较低。将高频隔离环节引入多电平逆变器,在具备输出电压质量高、开关管电压应力低等多电平逆变器优点的同时,实现高频电气隔离,提高安全程度,因此适用于较高输入电压的应用场合。对此,文中提出一种高频隔离九电平逆变拓扑,分析该拓扑的工作模态,设计多重载波调制策略,研究直流侧电容电压与母线电流间存在的关系,并据此设计出对电容电压存在相反影响的2种开关序列,给出直流侧电容电压均衡策略。最后,在Power Simulation中搭建仿真模型,并制作1 kVA的实验样机,仿真和实验结果验证了所提新型拓扑、控制方法及均压策略的正确性和可行性。     

基于直流隔离单元的单相统一电能质量控制器

本文提出了一种新型的单相统一电能质量调节器拓扑结构,该结构采用直流单元多组电容并联的方法来进行系统和装置间的隔离以取代传统的变压器隔离的方法。文中分析了这种结构的直流储能单元功率传递的原理,给出了参数设计的基本方法。给出了该装置并联单元、串联单元及直流单元的控制方法。文末给出了该拓扑的统一电能质量调节器的仿真及实验结果,证明了该拓扑的实用性和控制方法的有效性。     

一种基于公共直流母线的链式储能系统

随着城市电网中分布式储能系统容量的增大,储能系统接入的电压等级也在升高,基于城市配电网对电能质量的要求,电网接入系统的谐波必须控制在较低水平,这就限制了器件的最低开关频率,使得大容量储能系统的效率难以提高。常规多电平变流器技术可以在降低器件开关频率的同时达到更高的输出波形质量,符合大容量变流器的发展趋势,但其中工频变压器的设计、体积与噪音等都限制了多电平拓扑的发展。结合多电平链式拓扑与高频变压器技术,设计了一种基于公共直流母线的多电平储能系统,并通过仿真与实验验证了这种拓扑结构的可行性,有望在未来作为一种可选的储能系统接入方案。     

一种适用于高压输出的软开关多谐振直流变流器

将倍压整流技术和LLC多谐振变流器结合起来,构造出倍压整流LLC多谐振变流器.该变流器的变压器结构简单,副边只需要一个绕组;输出电容电压应力是输出电压的一半,无需额外的均压电路;只需要两个整流二极管,二极管的电压应力等于输出电压,电流应力等于输出电流,所以该变流器非常适合用于高压输出中小功率的DC/DC电源.另外,该变流器的所有功率半导体器件都工作于软开关状态,所以适用于高频高功率密度的场合.详细分析了该变流器的工作原理,软开关过程,输出电容的自动均压机理,并给出了关键的参数设计方法,采用该变流器技术的500V输出直流电源的实验结果验证了以上分析的正确性,满载效率达92.3%.