电力电子变压器电路拓扑与控制策略研究

介绍了与传统电力变压器的概念有着极大不同的电力电子变压器。着重分析了电力电子变压器的工作原理及其主要拓扑结构、典型控制策略，并对拓扑和控制策略提出了多项改进措施。在此基础上，探讨了实现电力电子变压器的关键技术，并提出了有效的解决方案。最后根据交流柔性输电技术发展的需求，提出了电力电子变压器的多项扩展功能。     

基于MMC结构的电力电子变压器拓扑结构及控制策略研究

电力电子变压器是一种多功能的智能变压器,其特点是体积小重量轻,且具备改善电能质量等功能,是智能电网的重要设备之一。首先介绍了电力电子变压器的基本概念和发展趋势;之后分析了电力电子变压器的几种典型拓扑结构并简要介绍了对应的控制策略。选定了一种三相四线制电力电子变压器的拓扑结构,分析了其基本原理和控制策略,并在PSIM软件中建立了其仿真模型。对电力电子变压器变压和电能质量调节这两个主要功能进行了仿真和物理试验验证,结果证明了所用拓扑结构和控制策略的正确性和有效性。     

电力电子变压器研究综述

电力电子变压器在兼备传统电力变压器的同时,具有优化配置各种电源、改善供电质量、控制功率潮流和提高系统稳定性等功能,是未来配电网实现电力变换与控制的主要载体之一。介绍了电力电子变压器的工作原理、拓扑结构、控制策略,并结合未来智能配电网对电力变换与控制的需求,对电力电子变压器的发展进行了展望。     

电力电子变压器的应用研究

介绍了电力电子变压器的工作原理及其主要拓扑结构,分析了电力电子变压器在分布式电源并网、配电网供电质量改善方面的应用技术,并研究了相应的控制策略。电力电子变压器和柔性交流输电技术相结合,可以实现很多新的功能,具有良好的应用前景。     

面向中高压智能配电网的电力电子变压器建模方法与控制策略研究

分析了传统电力电子变压器建模及控制策略的国内外研究现状,以及面向中高压配电网的电力电子变压器建模及控制策略的局限性。在此基础上,基于谐振变换器的工作特点,提出了面向中高压电网的电力电子变压器统一降阶建模方法及单级控制策略。该策略结构简单,控制能力强。相比于传统电力电子变压器的建模方法与控制策略,所提出的控制策略有效地利用了高频隔离型变换器的工作特点,将高频隔离型变换器与前端级联型变换器结合为一体,简化了控制系统,使其不会随着模块数增加而变得复杂。最后在PSCAD仿真环境中验证了10 kV电力电子变压器的拓扑及其控制策略的可行性。     

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。     

电力电子变压器并联运行动态仿真

电力电子变压器并联运行有利于进一步提高电力系统的供电可靠性和供电容量,具有重要的研究价值。为了实现并联运行电力电子变压器之间负荷的稳定合理分配,并具有良好的动态响应特性,基于有功和无功调差特性方程建立了电力电子变压器的控制策略及模型,采用Matlab/Simulink模型对两台变压器并联运行的不同典型控制操作过程进行了仿真研究。结果表明,该控制策略可以在保持额定供电频率的前提下,实现并联运行电力电子变压器之间的有功负荷和无功负荷的稳定合理分配,且动态特性良好。     

几种模块化多输出电力电子变压器拓扑的不平衡负载补偿能力比较

电力电子变压器除了能实现传统变压器的变压/隔离功能之外,还需要根据用户需求提供一些额外功能,其中之一是多输出功能,即给多个独立的交/直流负载供电。因为负载不平衡工况会对电力电子变压器的运行提出挑战,因此当设计一台具有多输出功能的电力电子变压器时,需要确定合适的拓扑与控制策略。本文对三种电力电子变压器拓扑的补偿不平衡负载的能力进行了比较,包括:独立相连接拓扑,交叉相连接拓扑与自平衡拓扑。独立相连接拓扑通过在输入级中注入零序分量来实现不平衡负载的补偿;交叉相连接拓扑通过输入级调制度以及无功分量注入实现不平衡负载的补偿;自平衡拓扑通过拓扑自身的连接方法以及多端口高频变压器实现不平衡负载的补偿,拓扑较为复杂。本文分析了上述三种电力电子变压器拓扑的原理以及控制策略,并在SIMULINK中验证了这几种拓扑补偿不平衡负载的功能。     

电力电子变压器并联运行动态仿真

电力电子变压器并联运行有利于进一步提高电力系统的供电可靠性和供电容量,具有重要的研究价值.为了实现并联运行电力电子变压器之间负荷的稳定合理分配,并具有良好的动态响应特性,基于有功和无功调差特性方程建立了电力电子变压器的控制策略及模型,采用Matlab/Simulink模型对两台变压器并联运行的不同典型控制操作过程进行了仿真研究.结果表明,该控制策略可以在保持额定供电频率的前提下,实现并联运行电力电子变压器之间的有功负荷和无功负荷的稳定合理分配,且动态特性良好.     

单-双极运行方式转换直流电力电子变压器的启动策略研究

直流电网技术的各类场景,均存在实现各类功能的直流型电力电子变压器。分布式/集中式的新能源电站自身的单极性直流输出,与外部连接的双极性电网之间,需要一种专用的单-双极运行方式转换直流电力电子变压器,用以匹配两者运行方式的差异。本文基于双向有源全桥电路,给出一种应用于该场景下的具体实现方案。在分析其电路拓扑、工作原理、控制策略基础上,设计出一套功率30k W,输入150V转换为±150V的单-双极运行方式转换直流电力电子变压器。针对不同的工况下外部条件不同以及控制目标差异,对变压器启动过程进行研究,并设计相应的启动控制策略。仿真与实验结果均证明了理论分析的正确性和有效性。     

基于电子电力变压器的电力系统低频振荡抑制策略

提出了一种利用电子电力变压器的附加阻尼控制器来提高电力系统阻尼的方法,建立了电子电力变压器的数学模型,研究了电子电力变压器的矢量控制策略。提出在电子电力变压器有功控制环中增加阻尼控制器来提高系统阻尼的控制策略,研究了基于频率响应法的附加阻尼控制器参数设计方法,在两区四机系统中设计了电子电力变压器阻尼控制器的参数,并通过时域仿真验证了阻尼控制器的有效性。     

交直流混合微电网中电力电子变压器功率控制与模式切换方法

提出电力电子变压器在交直流混合微电网中的功率控制与模式切换方法。在交直流混合微电网的离网模式下,提出剩余功率下垂控制方法实现交直流系统的相互支撑。为实现电力电子变压器不同运行模式下的无缝切换,将不同运行模式融合到1个功能外环中,有效地降低了模式切换时的暂态波动。仿真结果表明,所提功率控制策略既能避免交直流母线的过度耦合,又能为交直流混合微电网提供一定的相互支撑作用;所提模式切换方法在保持稳态性能不变的情况下,显著提高了电力电子变压器的暂态性能。     

电力电子变压器在电网故障中的控制策略

电力电子变压器不但能完成常规电力变压器的基本功能,还具有优良的控制性能。为改善电力电子变压器在电网故障时的控制效果,首先分析了电力电子变压器拓扑结构,然后通过对传统PI控制器加入复数积分和微分环节,提出了一种适用于不对称故障的电力电子变压器控制策略,减小稳态误差并提高动态响应速度。最后将该控制策略应用于发生单相接地故障的配电网中进行仿真分析。结果表明,所设计的电力电子变压器具有良好的稳态控制效果,在电网发生故障时仍能保证稳定输出三相电压。     

电力电子变压器与常规变压器并联输出控制技术研究

电力电子变压器能够直接接入交流、直流电源或负载,并能灵活地控制潮流在各个端口的方向与分配,适应了微型电网以及分布式能源的发展需要。将电力电子变压器与常规变压器并联运行,在提高供电可靠性的同时,还能最大限度地利用清洁能源。介绍通过设置总控制器来实现电力电子变压器与常规变压器的功率优化控制策略,以及利用修正指令电流来实现多台逆变器输出均流的控制方法。搭建仿真主电路与控制电路并进行仿真分析,仿真数据表明该控制策略的可行性和正确性。     

基于电子电力变压器的电能质量调节方法

针对电子电力变压器的典型实现结构,分析了其工作原理,并针对应用于配电系统的电子电力变压器,提出了相应的控制策略并进行了仿真研究。结果表明,提出的控制策略在保证电子电力变压器在实现传统电力变压器变压、隔离和传递能量等基础上,对防止原方电网出现的电压跌落、上升、闪变、谐波和三相不平衡等对负荷侧电压的影响具有显著效果,同时,对于阻止负荷侧的冲击注入原方电网也很有效,实现了电能质量调节。     

面向中压配电网的电力电子变压器控制策略研究

为实现电力电子变压器在电力系统中保证各环节稳定工作以及良好的电能质量,根据电力电子变压器的自身特点,采用分级策略控制其运行工作,输入级与隔离级分别采用电压电流双闭环和电压闭环控制,用以稳定后逆变器的直流电压;输出级采用电压单闭环控制和恒频恒压(V/f)控制。搭建了基于Matlab/Simulink的三级电力电子变压器中压配电仿真系统,通过仿真实验验证了PET在两种控制策略下都能够输出稳定的三相电压电流,同时有效减少了谐波污染;对比不同控制策略下系统各环节的波形变化情况,对电力电子变压器在中压配电网的工程应用具有一定参考价值。     

电子电力变压器与常规电力变压器的并联技术

在分析电子电力变压器（EPT）与常规电力变压器并联原理的基础上,提出将常规电力变压器的副方电压作为EPT输出电压的参考电压,以减少EPT与常规电力变压器并联时所产生的环流。在传统比例积分（PI）控制基础上提出了一种参考电压前馈的瞬时电压电流双闭环反馈的并联控制策略,并详细分析了其控制性能。理论分析表明,与常规PI控制策略相比,所提出的控制策略的稳态精度高、动态响应快捷。以单台EPT与单台常规电力变压器构成的并联系统为例,在MATLAB时域环境下进行了仿真研究,同时在基于数字信号处理器TMS320F2812所构建的试验系统中进行了试验验证。仿真和试验结果表明,所提出的常规控制策略获得了良好的均流调制特性,具有良好的动态响应特性,可实现不同容量EPT与常规电力变压器并联运行时的负荷合理分配。     

电力电子变压器控制策略研究

传统的工频变压器体积大、重量重、效率低，严重制约了车载电传动系统的整体性能的进一步提升。采用无工频变压器的电力电子变压器技术通过高压电力电子技术实现电能变换，由其为核心构成新型轻量化、高能效的电传动系统，可以彻底摆脱传统对工频变压器的依赖。本文对电力电子变压器的主电路拓扑结构和控制策略进行深入研究。在Matlab/Simulink仿真环境下对主电路拓扑及控制策略进行验证，证明主电路拓扑结构的合理性和控制策略的有效性。     

输出电压恒定的电力电子变压器仿真

介绍了电力电子变压器的优点、目前的研究状况；指出了用电力电子变压器解决电能质量问题是今后的发展趋势；着重讨论了电力电子变压器的工作原理，推导了高频变压器中的磁链关系式，比较了采用基于有效值和瞬时控制的电力电子变压器的动态响应，并用仿真验证了理论推导的正确性和所采用的控制策略的有效性。结果表明，电力电子变压器体积小、重量轻，不但可以实现电能传输、电压隔离、匹配等功能，还能抑制电压跌落、上升和闪变等动态电能质量对输出电压的影响，是建设“绿色电网”、“数字电网”的关键设备之一，对其进行研制和使用可以取得巨大的经济和社会效益。     

基于混频调制的电力电子变压器设计方法及实验验证

现有的电力电子变压器中电能变换级数较多,导致其效率低、成本高,限制了其应用。基于混频调制策略的三级型电力电子变压器可减少电能变换级数,并可通过合适的控制策略实现双向功率变换和多端口输出。文中对基于混频调制的三级型电力电子变压器的工作原理、控制策略、设计方法及实验验证进行了详细的分析研究,提出了一种单相结构的三级型电力电子变压器,同时引入一个额外的全桥补偿子模块以消除该电路在交流电网中产生的中频谐波电流。最后,搭建交流电压为150 V、直流电压为100 V、功率为1 kW 的样机平台,进一步验证了所提单相三级型电力电子变压器方案的可行性。