直流微电网双向AC/DC变换器并联系统控制策略仿真研究

为了便于扩展直流微电网的容量与增强系统可靠性,采用双向AC/DC变换器并联系统来实现直流微电网与大电网之间的能量交互。提出了一种直流微电网双向AC/DC变换器并联系统的低电压偏移功率均分控制策略,通过反馈直流线路的平均电流作为全局变量,并引入积分环节,实现了各变换器的功率精确分配而不受线路参数的影响。通过引入平均输出电压比例积分控制,减小了直流母线电压的偏移。探讨了二次纹波电流对并联系统功率控制的影响,引入带阻滤波器,抑制二次纹波电流和电压对并网电流畸变率的影响。分析了变换器并联系统的稳定性,给出了合适的控制参数。最后,仿真验证了所提出的控制策略的有效性。     

交错并联双向Buck/Boost集成LLC谐振型三端口直流变换器

将交错并联双向Buck/Boost电路与全桥LLC谐振电路通过共用全桥开关单元集成在一起,提出了一种新型的三端口直流变换器,实现了器件共享,降低了体积和成本。该三端口变换器包括两个双向端口和一个隔离的单向输出端口,通过PWM+PFM的混合调制策略,可实现端口间功率流的灵活控制。与传统的移相全桥集成型三端口直流变换器相比,提出的变换器输入电流纹波小,可在宽电压和功率范围内实现一次侧开关管的零电压软开关(ZVS)和二次侧整流二极管的零电流软开关(ZCS)关断,开关损耗小,而且不存在占空比丢失、变压器直流偏磁等问题。研究了该三端口变换器的工作原理、工作模式和端口功率传输模式,并对其增益、软开关等特性进行了深入分析,最后搭建了一台500W的实验样机,实验结果验证了变换器的实用性和理论分析的正确性。     

面向微电网的高增益比储能双向直流变换器

双向直流变换器是微电网储能系统的核心装置。首先对一种能够高效衔接低压储能蓄电池和高压微网直流母线的非隔离高增益比双向直流变换器进行了研究分析,所提双向直流变换器由双向Buck-Boost变换器和有源倍压整流电路通过耦合电感集成得到,有利于减小开关管的电压应力;然后采用占空比调节加移相控制,分别用于稳定中间电容和输出端的电压;采用该控制策略可以有效减小绕组电流有效值,降低导通损耗,且所有开关管均能够实现软开关,变换器效率得到极大提升;再详细分析了变换器的工作原理、输出特性以及参数设计;最后搭建了1 k W的实验样机并进行了实验验证。     

基于移相全桥ZVS及同步整流的低压大电流直流变换器研究

解决开关电源的功率损耗问题是提高电源效率、性能、可靠性的关键。传统低压大电流直流变换器,使用二极管整流,难以实现在高电流输出情况下降低损耗。选择了综合全波整流和桥式整流两者优点的倍流整流器,并且使用MOSFET并联同步整流技术,结合了变压器原边移相全桥ZVS电路,实现了28.5 V/400 A的低压大电流输出。基于双环控制,搭建了直流变换器模型与实验平台,通过仿真与实验验证,证明了电路拓扑以及控制策略的可行性。     

三相交错并联双向直流变换器无电流传感器均流控制

针对三相交错并联双向直流变换器均流策略中,控制环路多、电流检测电路设计复杂的缺点,基于传统单闭环电压型控制方法,提出一种无电流传感器均流控制策略。以变换器降压模式为例,根据戴维宁定理建立其等效电阻电路模型,通过分析相间电流与等效电阻、有效占空比的关系,明确了相间电流不平衡的主要原因是阻抗失配。为了消除其引起的电流不均衡,以任意一相为基准,推导出其余两相应补偿的占空比?D。同时给出了无电流传感器均流控制系统控制环路的设计方法,采用数字控制技术对控制器离散化处理,并对开关节点处占空比失配进行了补偿,避免因电流传感器精度低和设计不足对变换器的影响。仿真和在25 kW样机的实验结果表明,在各种失配与不同负载下,均流性能表现良好,稳压精度高,验证了理论分析的正确性与可行性。     

多换流器并联特高压直流系统控制策略及仿真

并联高压直流输电系统是多端直流系统的一种特殊方式,并联扩建方案经济性好、运行灵活方便。利用实时数字仿真器(RTDS)建立了±800kV双换流器并联、10GW双极直流输电仿真模型。直流控制保护模型采用所开发的直流输电控制保护样机,与RTDS构成实时闭环仿真试验环境。控制策略采用电流裕度控制,整流侧两个换流器均定电流,逆变侧一个换流器定电压,另一个换流器定电流。控制系统架构按双极/极控制层,换流器层控制进行设置。换流器层控制实现两个换流器的触发控制,双极/极控制层产生电流和电压参考值指令,经分配后,发送至换流器层控制。利用该仿真系统对双换流器并联的直流输电系统启停、稳态运行工况、换流器在线投退、功率分配策略等进行仿真研究,结果表明所提出的控制策略和开发的控制保护样机可以满足双换流器并联的高压直流输电要求。     

多子微电网型交直流混合配电系统灵活功率控制与电压抑制策略

为了解决多子微电网型交直流混合配电系统功率分配以及交流子微电网母线电压偏差大的问题,提出一种灵活功率控制与电压抑制策略.首先分别推导了单个交流子微电网频率、直流子微电网电压与公共直流母线电压的关系,然后分析多个交直流子微电网之间的频率与电压关系,并利用此关系对交直流子微电网中储能单元的下垂控制进行改进,实现整个系统的功率互助及分配.另外,对双向AC/DC变换器电流内环控制进行改进,利用扩张状态观测器对扰动电流进行跟踪,并将跟踪得到的扰动电流引入双向AC/DC变换器电流内环中进行补偿消除,以抑制交流子微电网的电压波动.最后,在MATLAB/Simulink仿真平台中建立多子微电网型交直流混合配电系统模型,仿真结果表明所提控制方法可以实现交直流混合配电系统中子微电网间的功率互助,较好地维持交流子微电网母线电压和频率、直流子微电网电压与公共直流母线电压的稳定.     

一种无需高带宽通信线路的高精度自主均流控制策略

直流微电网并联系统多采用下垂控制实现功率分配,但线路阻抗的存在会降低其分配精度,传统均流策略基于高带宽通信网络采集电压或电流信息实现功率补偿,制造成本偏高、可靠性较低,同时通信线路存在通信延时,会对均流效果产生影响.为实现直流微电网并联系统变换器输出功率自主均分控制,提出一种无高带宽通信线路的直流微电网并联光储变换器均流策略.该策略通过分析恒压运行模式与下垂运行模式下,线路阻抗对并联变换器功率分配特性的影响规律,设计虚拟阻抗补偿环节,根据变换器自身输出电气特性,对变换器输出功率进行调节,实现输出功率的自主均分.仿真和实验结果表明,所提控制策略能够提高并联变换器的功率自主分配精度.     

基于低频电流注入的船舶直流微电网线路阻抗检测

下垂控制是船舶直流微电网中一种实现系统能量分配的有效方法。在传统下垂控制中,系统内各微源之间线路阻抗不一致,导致各分布式微源承担的功率也不一致,严重时微源直流变换器甚至出现过载故障。为了解决船舶直流微电网中由线路阻抗引起的负载均流精度问题,提出利用低频注入来检测线路阻抗的方法。通过在电感电流上注入低频交流信号,检测注入后的变换器电压、电流信息,利用傅里叶变换求得线路阻抗值,进一步补偿下垂系数。该方法可以提高微电网系统直流母线电压质量,改善直流变换器并联均流时的负载均分效果,对系统稳定运行影响小。最后仿真结果验证了该方法的有效性。     

航空高压直流供电系统多相整流控制技术研究

针对航空高压直流供电系统中270 V的供电要求,研究了以六相永磁同步发电机为主体的六相可控整流系统,采用一种基于SVPWM的最大四矢量的调制技术和电压外环-电流内环解耦的双闭环PI控制方式,对子空间和谐波子空间分别进行控制,在负载和转速发生突变的情况下保证输出的直流电压能迅速恢复到270 V并保持恒定。通过在Simulink上建立发电整流系统的仿真模型,得出的仿真结果证明了方法的可行性。     

并联高频脉冲直流环节逆变器研究

提出了基于占空比扩展有源钳位正激式高频脉冲直流环节逆变器的并联逆变器电路结构,并对其电路拓扑、稳态原理、三态DPM电流滞环控制技术、均流原理、关键电路参数设计进行了深入的分析研究.这类并联逆变器,由N个共用电压外环、独立电流内环的占空比扩展有源钳位正激式高频脉冲直流环节逆变器模块构成.设计并研制成功的3kVA 27VDC/115V400HzAC并联逆变器样机,具有体积重量小、变换效率高、静态精度高、动态响应快、输入电压变化范围宽、输出波形质量高、并联均流效果好、负载适应能力强、过载与短路能力强等优良的性能,在大功率逆变场合有重要应用价值.     

五电平H桥级联型STATCOM脉冲轮换控制策略研究

为改善采用载波同相层叠调制策略时五电平H桥级联型静止同步补偿器(Static synchronous compensator,STATCOM)输出电流的波形质量,提出一种直流侧电压平衡控制策略。基于STATCOM的控制原理阐述载波层叠调制策略下脉冲周期轮换的方法,分析脉冲轮换时序对各单元直流侧电压的影响,推导占空比变化量与各单元吸收功率的关系。以此为基础改进了脉冲轮换控制策略,该策略在脉冲周期轮换的基础上通过调整脉冲轮换时序的占空比来维持各单元直流侧电压平衡。通过对改进前后脉冲轮换控制策略仿真分析,结果表明改进的脉冲轮换控制策略能够有效地平衡直流侧电容电压。     

三电平CLLC谐振型DC/DC变换器参数优化设计

针对直流配网高低压母线间互联的应用场景,双向三电平CLLC谐振型DC/DC变换器具有良好的应用前景。本文首先采用基波分析法对该变换器拓扑进行了简化和等效,并通过详细的理论推导研究了电路各参数对变换器增益以及软开关实现条件的影响。在此基础上提出了变换器各元件参数设计的完备的流程,并通过功能校验实现优化参数的目的。按照此设计和校验流程,基于PSCAD仿真平台搭建了双向三电平CLLC谐振型DC/DC变换器的模型,仿真结果表明该变换器不仅可以满足额定电压和额定功率的设计规格要求,还可以在从轻载到满载的全负载范围内实现软开关,且具有在负载变动时的良好的动态调节性能。本文的工作能够为双向三电平CLLC谐振型直流变换器的设计和应用提供扎实的理论依据。     

移相全桥变换器双模块并联技术的研究

讨论了移相全桥变换器双模块并联技术,该技术采用自主均流法实现双模块的电流均流,具有均流精度高,动态响应好,可以实现冗余技术等特点。为了实现双模块自主均流提出了电压环、均流环和限流环三环控制结构,电压环和限流环共用一个PI调节器,均流环使用一个PI控制器。文章分析了均流的整个控制过程,在设计时要考虑使电压环与限流环的动态响应速度较快,均流环的响应速度较慢,同时在整个负载范围内使系统有一定的幅值和相位稳定裕度。设计了一台单模块输入母线电压175～320V,额定输出电压220V,额定输出功率5.5kW,整机输出11kW的样机。实验结果表明,样机的均流性能良好.     

基于飞跨电感的高升压比级联式DC/DC变换器

高升压比DC/DC变换器在微电源并网、不间断电源以及车载电源等场合均有广泛应用。飞跨电感模块,既具有升、降压能力,又可以实现能量双向流动。利用多个飞跨电感模块输入、输出端串、并联组成共正极、共负极和不共地3种不同结构的级联式高升压比DC/DC变换器,其均可在较合适的占空比下维持较低的电流应力,获得高电压增益。模块间采用载波移相调制可以减小模块输入侧电流纹波、变换器输出电压纹波和输出滤波电容容值。详细介绍了飞跨电感模块和DC/DC变换器的结构及工作原理,并以其中不共地变换器拓扑为例通过仿真和实验验证了其正确性。所提变换器具有电压增益便于调节、扩容方便和应用范围广等优点。     

移相全桥变换器双模块并联均流技术的研究

讨论移相全桥变换器双模块并联技术,该技术采用自主均流法实现双模块的电流均流,具有均流精度高,动态响应好,可以实现冗余技术等特点。为了实现双模块自主均流提出了电压环、均流环和限流环三环控制结构,电压环和限流环共用一个PI调节器,均流环使用一个PI控制器。分析均流的整个控制过程,在设计时使电压环与限流环的动态响应速度较快,均流环的响应速度较慢,同时在整个负载范围内使系统有一定的幅值和相位稳定裕度。设计了一台单模块输入母线电压175~320V;额定输出电压220V;额定输出功率5·5kW,整机输出11kW的样机。仿真结果和实验结果表明样机的均流性能良好。     

基于DC-DC变换的变电站直流电源设计

在电力系统中后备电源是变电站直流系统的核心。本文针对后备电源的可靠性进行了探讨,提出了双重Boost升压变换器法。为了防止直流电源模块并联运行时产生的环流和电流不均衡现象,本文采用中间电流均流控制法的方案,使升压后的电源模块实现并联互备。使用MATLAB/simulink仿真软件搭建了相应的仿真模型,最后通过仿真分析得出：双重Boost升压法不仅是一种有效的升压方法而且还可以减小电路中功率元件的电流应力。中间电流均流控制法可以实现稳态的均流控制,保证电源模块在出现故障的情况下可以进行不断电互备替换。     

基于GaN器件的直流配电网用户侧DC/DC变换器设计

隔离型DC/DC变换器连接低压直流配电网和用户侧直流负荷,在低压直流配电系统中起着重要作用, 对其效率和功率密度提出更高的要求。本文采用具有原边开关管零电压开通和副边整流管零电流关断特性的LLC谐振变换器,首先分析变换器的工作原理,对其谐振参数进行选择。使用具有更低的导通电阻和等效输出电容的氮化镓器件作为原边开关管,进一步提高变换器工作频率和效率,降低磁性元件体积。在此基础上,对GaN器件驱动、同步整流和磁性元件进行优化和设计。最后搭建了一台375V/48V/500W的LLC谐振变换器样机,最高效率为97.6%,验证了设计的正确性。     

基于LLC谐振的新型软开关双向DC-DC变换器

为了进一步提升户用储能系统中电池端双向DC-DC变换器的功率密度和效率,提出一种基于LLC谐振的新型软开关双向DC-DC变换器。该变换器有效降低了变压器匝比,提高了转化效率,在非对称半桥拓扑下可实现双向LLC特性,变换器中所有开关管均能实现软开关。同时该变换器结构简单,并可应用同步整流技术,具有效率高、成本低等优势。描述了所提变换器软开关的实现过程,进而分析了谐振特性和相关参数以及软开关的实现条件。最后制作了一台高压侧350～400 V、低压侧45～50 V的500 V·A实验样机,验证了所提变换器的有效性和实用性。     

具有短路限流能力的大变比DC/DC变换器

提出了一种具有短路自动限流和功率双向流动特性的大变比DC/DC变换器,该变换器适合作为接口电路用在高、低压直流线路之间。该DC/DC变换器以三电平方式工作,通过调节占空比和相移,可以改变其传输功率,并且可以实现功率的双向流动;电路以梯形波电流工作,实现了部分软开关,效率较高;在发生直流短路的情况下,流过开关管的电流峰值与正常工作时相等,实现了自动的短路保护。基于以上特点,设计了一个输入电压为12 kV、输出电压为1 kV、传输功率为100 kW的变换器,通过仿真研究验证了理论分析的正确性。