混合式双级矩阵变换器的改进与优化

为了解决混合式双级矩阵变换器拓扑结构与控制策略复杂且直流母线电压波动较大的问题,提出一种改进的直流母线环节升压电路拓扑和带补偿环节的空间矢量脉宽调制策略。改进后的直流环节用常见的直流升压电路取代了原有较复杂的拓扑结构,从而简化了该变换器的控制策略;补偿环节根据直流母线电压波动实时调整逆变级调制系数,补偿电压波动,以期改善输出波形质量。通过Matlab/Simulink建立系统仿真模型,验证了改进混合式双级矩阵变换器理论的正确性以及补偿算法的有效性。     

一种新型混合式单相多电平逆变器的研究

为了提高多电平输出电压的电平数以获得更高质量的输出电压,这里提出了一种新型单相十三电平逆变器拓扑。在分析所提拓扑工作原理的基础上,对悬浮电容电压的平衡控制策略进行了研究。为了解决直流母线电容电压平衡的问题,在直流侧添加了基于滞环比较控制策略的均衡控制电路。最后,通过仿真和实验验证了该拓扑的可行性以及控制策略的有效性。     

新型同相供电拓扑中功率单元的控制策略

给出了一种用于电气化铁路的无牵引变压器新型多电平同相供电拓扑,从谐波、无功功率及负序电流方面对该拓扑进行了分析,指出该拓扑用于同相供电的优越性。针对该拓扑中功率单元的单相H-H结构,采用迭代的方法,对直流母线电压及输入电流的谐波特性进行了详细分析,提出了带有电网电压、直流母线电流、直流母线电压全前馈的功率单元整流侧控制策略。基于功率单元控制系统硬件平台,进行了实验。实验结果验证了所提控制策略的有效性。     

单相PWM整流器消除二倍频纹波的非线性控制策略

在单相PWM整流器系统中,直流侧存在2次谐波不可避免,通常需要在直流侧并联容值较大的电解电容。为了实现整流器直流母线电压的稳定,同时降低网侧电流畸变,分析并比较了两种谐波补偿的拓扑,设计了一种基于反步法控制策略,对电流、电压子系统模型设计非线性控制器,分别判断子函数导数的负定,以此来实现系统的稳定和动态响应特性,最后利用PSIM仿真软件和实验样机上进行实验验证,实验结果证明该电路是正确可行的,可减小滤波电容的容值,提高功率密度。     

低压直流微电网新型主动限流器及控制策略

低压直流微电网中直流母线发生短路故障后,现有的被动式保护措施难以有效保护电力电子装置,并且当计及直流线路电感与变流器直流母线侧电容时,常规主动限流器会出现限流电感电流振荡的特性。详细分析了该电流振荡特性产生的机理,探究了系统参数变化对限流电感电流振荡峰值的影响。并提出了一种新型主动限流器拓扑结构及控制策略,该拓扑结构通过增加能量耗散支路,在限流器直流母线侧电容电压产生负压时导通,以此耗散能量,解决了电感电流振荡的问题。通过仿真与实验,验证了所提新型主动限流器对电感电流振荡特性抑制的有效性,且在不同工况下具有良好的鲁棒性。     

计及直流微电网扰动抑制的残差动态分散补偿控制策略

针对直流微电网电能质量问题与环流问题,提出一种计及直流微电网扰动抑制的残差动态分散补偿控制策略.此策略在直流下垂控制的基础上,首先分析直流微电网扰动问题及并联状态下的环流问题;其次建立Buck型与Boost型多DC-DC变换器并联的状态空间模型,推导基于残差的变换器动态分散补偿结构,该结构直接在电压环输出端进行补偿,通过扰动抵消计算补偿控制器Q*(s).采用小信号稳定性分析方法证明本文补偿结构的稳定性;最后基于RTDS搭建数字物理实验平台,以相同与不同类型变换器并联为例进行实验验证.该结构能够加快分布式电源及公共负荷投切时直流母线电压动态响应速度,有效地抑制了环流影响和交流侧不平衡情况引起的直流母线电压二倍工频扰动,维持了电压的一致性,保证了母线电压的稳定,有助于实现分布式电源的"即插即用"技术.     

双边不对称工况下无网侧变换器型可变频率变压器的控制策略

针对可变频率变压器转子电压不可控的问题,提出一种无网侧变换器的可变频率变压器（NGSC-VFT）拓扑结构。基于该拓扑结构,建立双边对称和不对称工况下NGSC-VFT的完整数学模型,并深入研究NGSC-VFT的控制策略。定子侧串联补偿变换器以维持直流母线电压、独立控制无功功率和消除定子负序电压为目标,转子侧串联补偿变换器以消除转子负序电压为目标。仿真结果表明：采用所提NGSC-VFT拓扑结构,无需网侧变换器即可维持直流母线电压,有功功率动态跟踪效果更快,直流电容电压更低,无功功率可独立控制,双边不对称工况下转矩和功率的波动得到进一步抑制。新拓扑提高了VFT系统的不对称故障穿越能力。     

链式APF的功率平衡机理和控制策略研究

研究了链式有源电力滤波器(APF)各H桥之间的功率平衡机理,采用相量法分析了各H桥直流母线电压与逆变器交流侧输出电压的相互影响机理,设计了基于直流母线平均有功功率调节和有功偏差调节相结合的直流母线电压控制策略,通过仿真验证了直流母线电压均衡控制策略的有效性。动态模拟实验表明,链式APF对于无功和谐波负载均具有良好的补偿精度和动态响应速度,实现了各H桥直流母线电压的自均衡控制。     

利用DBVC构造虚拟电阻的级联功率变换器稳定控制技术

针对在级联功率变换器系统中由于高带宽控制的负载侧变换器具有一定的恒功率负阻抗特性,因而可能导致级联系统直流母线电压振荡,并严重影响到整个系统的控制性能和稳定运行的问题,从通过增强级联侧直流母线阻尼来抑制电压振荡的角度出发,提出一种将并联于级联侧直流母线的母线电压补偿装置(DBVC)控制为电阻性的虚拟负载的控制策略及其设计方法。利用级联变换器系统中前后级变换器的输出/输入阻抗,分析和比较了引入所述控制策略前后级联侧直流母线电压稳定性的变化情况。仿真和实验结果表明,所提出的控制方法能够有效抑制级联侧直流母线电压的振荡,可以显著改善整个级联系统的控制性能。     

宽风速运行的定子双绕组感应电机风力发电系统拓扑及控制策略

介绍了一种适用于宽风速范围运行的新型定子双绕组感应发电机风力发电系统,其拓扑特点是将控制侧励磁变换器的直流母线经二极管与功率侧直流母线相连。在低风速区,利用电压泵升原理将励磁变换器的直流母线电压泵升至指令值,电能由控制侧直流母线端输出,拓宽了系统在低风速下的风能利用能力;在高风速区,功率绕组侧输出电压可上升至指令值,并联二极管断开,电能由功率侧整流桥的直流母线输出,控制侧变换器调节系统励磁无功保持输出电压恒定。该发电系统拓扑及控制方法实现了系统在宽风速范围内均能输出恒定的高压直流,可简化后级并网逆变器的结构和控制。在一台额定37 kW/DC 600V的样机上进行了实验研究,结果表明该风力发电系统的可行性和控制策略的有效性。     

基于浮动桥共中线开绕组拓扑的永磁同步电机矢量控制策略研究

共中线拓扑兼备独立母线开绕组拓扑的灵活性和共母线开绕组拓扑在电磁干扰和容错方面的优势,是新能源汽车以及多源混合新能源汽车电驱动系统中一种较为理想的拓扑方案。该文针对共中线开绕组拓扑驱动永磁同步电机开展研究,将一台逆变器直流侧配置电源,作为主逆变器;而另一台逆变器直流侧仅配置浮动电容,作为浮动桥逆变器。基于该拓扑,该文对零序电流控制、中点电位控制、功率分配、电容电压控制、弱磁区域的运行特性和控制等核心问题进行研究,为共中线开绕组拓扑电驱动系统在多源混合新能源汽车中的应用提供依据。最后,通过实验对所设计的控制策略进行验证。     

面向直流输电的双馈风电机组并网拓扑及控制技术

提出了一种面向直流输电的双馈风电机组并网拓扑及其控制策略,该拓扑利用双馈风电机组内部直流母线接入直流电网,采用间接气隙磁链定向策略及气隙电势定向策略控制变流器,确保双馈感应发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)生成幅值和相位稳定的三相正弦气隙电势,同时灵活调节DFIG向直流母线输送的有功功率。此外还分析了所提拓扑下DFIG全转速范围内的控制策略。最后,构建了DFIG直流并网输电实验系统,验证了所提拓扑及其控制策略的可行性。     

适用于直流配电网的组合电容型直流负荷开关

直流负荷开关是构建直流配电网的关键设备。针对现有直流负荷开关附加设备多、体积大、控制复杂等缺点,文中提出组合电容型直流负荷开关拓扑,并分析所提拓扑工作原理、控制策略和参数设计。该负荷开关利用预充电电容构成源侧部分和荷侧部分。且多条直流母线出线上的负荷开关共用源侧部分,降低了设备体积和成本。切负荷过程中,通过源、荷侧电容的配合,给机械开关提供一个低电压、零电流的关断条件。最后在Matlab/Simulink中搭建仿真模型,对所提拓扑的可行性与有效性进行验证。结果表明,文中直流负荷开关能够可靠无弧关断负荷电流,保障直流配电网的安全运行,且所需设备成本低,有助于提高直流配电网的经济性。     

混合微电网虚拟联合谐波抑制器控制策略

针对混合微电网谐波的频次丰富及在交直流侧相互传递等特点,提出了虚拟联合谐波抑制器的控制策略。以混合微电网中互联接口变换器的拓扑结构为主体,结合直流有源滤波器构成虚拟联合谐波抑制器,控制三相H桥的通断以生成交流侧谐波补偿电流,同时通过控制子网间功率流动和适时启动直流有源滤波器抑制直流纹波。搭建了MATLAB/SIMULINK仿真模型,结果表明,该控制策略在进行交流子网谐波补偿的同时,对直流母线电压纹波实现了二次补偿,实现了交直流侧谐波抑制系统的协同运行。该策略最大限度利用了互联接口变换器的容量,可降低装设谐波治理装置的成本。     

混合背靠背模块化多电平变换器设计

近年来模块化多电平变换器在直流输电和电机驱动领域引起了广泛的关注。然而在电机驱动领域,输出低频时电容电压波动大的问题限制了其应用。提出了一种混合背靠背MMC拓扑,整流侧MMC采用全桥子模块和半桥子模块混合的结构,逆变侧MMC全部采用半桥子模块。分析了采用变直流母线电压的方法时电容电压的波动规律,并给出了系统的控制策略。电机在很大的转速范围内,电容电压波动基本恒定。最后,通过仿真验证了该拓扑结构及其控制策略的有效性。     

基于电压下垂法的直流微电网混合储能系统控制策略

以稳定直流母线电压和优化蓄电池工作过程为目的,提出了一种基于电压下垂法的直流微电网混合储能控制策略。该控制策略根据直流母线电压信息,利用超级电容快速补偿母线功率缺额的高频部分;通过蓄电池对超级电容进行能量补充,间接补偿母线功率缺额的低频部分;利用超级电容电压不能突变的特点,实现对蓄电池电流的平滑控制。控制系统以直流母线电压、超级电容电压及蓄电池荷电状态为判断条件,自动切换工作模式。实验表明,该控制策略可自动调节蓄电池和超级电容出力,维持直流母线电压在额定值附近小范围波动,有效地减小了蓄电池充放电次数,延长其使用寿命。     

三电平两桥臂有源电力滤波器单周控制策略

提出了一种三电平有源电力滤波器（APF）单周控制策略及其均压方法。以三电平两桥臂变换器作为拓扑结构,能够有效降低硬件成本,在充分理解工作原理的基础上,详细推导了控制目标方程。为了抑制直流母线上、下电容电压的波动,提出了两种均压方法：电压模式均压和电流模式均压。仿真结果表明本文所提出的单周控制策略可有效补偿谐波,抑制直流母线上、下电容电压的波动,从而验证了该控制策略的有效性和可行性。     

双馈风电系统网侧变换器的优化补偿控制策略

针对不平衡电网电压下励磁变换器的直流母线电压振荡问题,在两相静止α,β坐标系下,提出一种基于滑模变结构直接功率控制(DPC)的网侧变换器(GSC)新型功率优化补偿控制策略,消除了不平衡电网电压下交流侧阻抗所引起的直流母线电压的振荡,改善了系统在不平衡电网电压下的运行性能。实验表明了该功率优化补偿控制策略的正确性和有效性。     

串联型电压暂变补偿新拓扑及其控制方法研究

提出了一种简化的无变压器无储能电容的串联型电压暂变补偿主电路拓扑,并分析了其控制策略。新拓扑可使电路体积减小,成本更低;通过微调指令电压与负载电流的夹角可以达到控制母线电压幅值的目的;通过给指令电压施加一个微小的直流偏移电压,可以达到控制直流上、下母线电压的平衡的目的。介绍了改进的简化主电路拓扑,详细分析了其工作原理和控制方法。仿真结果验证了该方案的可行性和分析的正确性。     

降低直流线路损耗的并联电容换相换流器单位功率因数控制策略

电网换相换流器的交流滤波器组和无功补偿装置占地面积大,在交流电网故障时容易发生换相失败;改进型并联电容换相换流器(ESCCC)能减小换流器占地面积,提高抵御换相失败的能力,但通过阀侧电容投切实现单位功率因数控制会影响谐波特性。针对此问题,并考虑直流线路损耗优化,文中提出了一种基于ESCCC并结合交流母线侧电容投切的新型单位功率因数控制策略。首先,建立了拓扑结构和数学模型,分析了单位功率因数控制的原理;然后,提出新型控制策略,采用新的谐波评价指标设计了滤波电感、电容等参数;最后,在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型,验证控制策略的有效性和参数设计的合理性。仿真结果表明,ESCCC能在全工况下实现单位功率因数控制,并且降低了直流线路损耗和换相失败概率。