级联式有源电力滤波器控制策略及实验研究

针对由级联式多电平变换器为主电路的有源电力滤波器,其主电路中直流电容相互独立,如果没有有效控制措施,这些独立的电容电压会产生不平衡,严重威胁装置的安全、稳定运行。本论文提出一种有效控制策略,不仅具有良好的补偿效果,而且保证了主电路中各级联单元直流侧电容电压恒定和均衡。为了验证所提控制方法和控制策略,本文搭建了两级级联式有源电力滤波器,实验结果表明,该系统具有良好的滤波性能,同时也保证了各级联单元直流侧电容电压恒定和均衡,进一步表明本文所提方法的有效性和正确性。     

一种用于优化LC-DAB级联系统稳定性的虚拟阻抗控制技术

将LC滤波器级联在双有源桥(DAB)变换器输入端,可改善输入电流质量,但DAB变换器和LC滤波器之间的相互作用易导致LC-DAB级联系统出现振荡现象.该文首先建立DAB变换器的状态空间平均化小信号数学模型,推导LC-DAB变换器的输入和输出阻抗模型以用于预测级联系统稳定性.基于此,采用有源阻尼的优化思路,分别提出基于LC-DAB变换器一次侧电容电压的并联虚拟阻抗和一次电流的串联虚拟阻抗控制策略,从而使得级联系统在全功率范围内均能稳定运行.实验结果证明,该阻抗模型及所提控制策略的有效性及正确性.     

MMC型级联变换器阻抗建模和稳定性分析

工程中常通过不同类型的变换器灵活级联以实现不同的功能，然而变换器级联系统中前、后级变换器之间的相互作用可能会导致系统稳定裕度不足甚至失稳，不同类型的模块化多电平变换器(modular multilevel converter, MMC)级联也将面临稳定性问题。建立了MMC型级联变换器的稳定性分析模型，并提出了一种基于串联阻尼电阻的稳定性提升策略。首先，建立了MMC型AC/DC变换器和DC/DC变换器的阻抗模型，在稳态工作点附近推导出两种MMC型变换器的小信号模型，从而获得前级变换器的输出阻抗和后级变换器的输入阻抗。其次，分析了MMC型级联变换器的稳定性，结果表明，当前级变换器输出阻抗与后级变换器输入阻抗不匹配时，级联系统稳定性裕度可能不足导致系统失稳。进而，分析了MMC型级联变换器的平波电感、桥臂电感和子模块电容等一次参数对级联系统稳定性的影响。最后，提出了一种基于串联阻尼电阻的稳定性提升方法，并给出了串联阻尼电阻的选择建议。仿真结果表明提出的稳定性控制方法可有效提升MMC型变换器级联系统的稳定性。     

适合直流配电的有源前端控制器

为使用户侧大量新能源能够充分地发挥作用并可对其有效管理,提出一种基于有源前端控制器的直流供电系统结构,在该结构中结合电力电子技术与高频隔离技术将配电降压变压器与低压AC-DC变换器一体化设计为有源前端控制器,以完成中压交流配电网与低压直流网之间功率相互变换的过程。给出了有源前端控制器的基本类型及不同类型的实际应用。详细探讨了基于输入串联输出并联的级联型有源前端控制器的系统拓扑结构及其各自模块功能特点。通过基于双升压/降压全桥式变换器与CLLC谐振型直流变换器模块的级联型有源前端控制器小型实验系统验证了整体系统结构的可行性和控制策略的有效性。     

级联H桥储能变换器直流纹波电流的无源与有源抑制策略

级联H桥储能变换器直流纹波电流会给储能系统带来效率降低、寿命减少、并网谐波增大等不利影响。分析了电容滤波、LC滤波、LC串联谐振3种无源滤波电路抑制直流链纹波电流的方法,以及它们减小直流链纹波电流的可行性。提出了基于耦合变压器直流有源滤波电路的级联H桥储能变换器拓扑,利用直流有源滤波电路吸收直流链纹波电流,减少流入级联H桥储能变换器直流端口的纹波电流。最后,通过仿真验证了有源滤波方法减小直流链纹波电流的有效性。     

大功率直驱型风力发电系统拓扑结构对比分析

直接驱动型变速恒频风力发电系统需要采用全功率变流器,对应的大功率变流器单元可以有不同的拓扑结构,根据每种电路拓扑的特点,整个系统的控制方法都有相应的变化.对直驱型变速恒频风力发电系统基本拓扑结构进行了对比分析.比较了二极管箝位型、级联H桥型、飞跨电容型等直驱风力发电拓扑结构的优缺点、技术难点,以及实际应用中存在的问题.对比结果表明:飞跨电容多电平变换器的开关负荷不一致,飞跨电容均压难以实现;级联H桥多电平变换器需要独立电源,成本较高:虽然二极管箝位多电平变换器存在中点电位平衡问题,但可以通过适当的控制解决.因此,低成本、控制简单的二极管箝位三电平PWM整流器成为当前直驱型风力发电整流变换研究的热点.     

混合级联型变换器的新型运行策略

提出了一种混合级联型变换器拓扑结构,对混合级联型变换器的工作原理和特性进行了分析.建立了电容电压模型,提出了一种新型运行策略,对系统中的能量进行吸收和释放,实现对电容电压进行充放电控制.在对电容电压进行动态维持的同时,实现高效的PWM调制.仿真结果表明,提出的混合级联型变换器拓扑工作原理正确可行,提出的新型运行策略可显...     

一种减小四象限级联型变换器母线电容纹波电压的控制方法

在交流电动机调速领域,传统级联型多电平变换器的应用越来越广泛,但是由于无法实现能量回馈,因而应用场合受到限制。通过采用有源PWM整流模块取代不控整流模块可以实现能量回馈,但是由于PWM整流模块输入侧需要滤波电感,导致系统体积和成本增加,限制这种实现方式的实际应用。传统级联型变换器模块的逆变侧采用的是H桥拓扑,导致母线电容纹波电压非常大,需要较大的母线电容,增加了模块的体积和成本。本文提出一种采用输入变压器的付边漏感取代滤波电感的方式,同时提出了一种新颖的控制方式,通过对PWM整流模块控制实现减小母线电容纹波电压,这就样可以减小母线电容,进而降低系统成本,虽然会导致模块PWM整流模块输入电流变差,但是由于存在三相谐波相抵消特性以及通过PWM整流模块的载波移相处理,变压器原边输入电流谐波非常低。理论分析和仿真证明,这种控制方式是可行的。     

T型H桥级联多电平变换器的改进型脉宽调制策略

针对T型H桥级联变换器的拓扑结构及其调制策略进行分析和研究,提出了基于载波移相脉宽调制(CPS-PWM)的改进型调制策略。以单极倍频CPS-PWM所得的虚拟五电平波形作为T型H桥的输出目标,结合T型H桥变换器输出不同电平时的开关模式,遵循"改变最少个数开关管状态来实现输出电平改变"原则,逆向推导T型H桥变换器的PWM信号,并在此基础上给出基于T型H桥单元级联多电平变换器的调制策略。搭建了基于T型H桥级联的单相静止同步补偿器(STATCOM)样机,分析了T型H桥上、下电容均压策略,最后通过仿真和实验结果验证所提调制策略以及电容均压策略的正确性和可行性。     

带储能单元的新型多电平逆变器及其控制算法

为了提高高压大容量变频器的性能,各式新型多电平变换器拓扑结构纷纷被提出。本文将传统的二极管钳位型三电平结构(从逆变器)与H桥级联型结构(主逆变器)相结合,提出了一种带储能单元的新型混合多电平逆变器拓扑结构。在该拓扑中,只有主逆变器是需要电源供电的,而从逆变器则不需要电源供电,其母线直接连接在悬浮的超级电容上。从逆变器可以作为能量存储装置,实现电机制动能量的存储再利用,提高系统的效率;在动态过程中,悬浮电容的电压可以通过一定的控制算法始终保持稳定。本文通过仿真和初步的实验验证了该拓扑及其控制算法的可行性。该拓扑结构有着广泛的应用前景,尤其是在电力机车和舰船推进等需要频繁启制动的独立电源系统中。     

三相线电压级联多电平变换器原理及仿真研究

级联多电平变换器以其良好的性能在电力电子变换领域有着广泛的应用,但目前仅有单相串联结构,不易直接应用与三相系统。为研究三相线电压级联多电平变换器,结合单元串联多电平变换器原理,提出了一种三相线电压级联多电平变换器的拓扑结构及其相应的控制方法,并进行了仿真研究。结果表明,这种模块化的结构构具有提升电压等级、降低总谐波次数THD的功能,与单元串联多电平变换器相比,能够节省开关管个数及独立直流电源个数,适合在高压大功率场合使用。     

基于CPLD的级联型多电平变频装置控制方法

提出了一种基于可编程逻辑器件的级联多电平变频装置控制方法。在分析级联多电平变频装置特点及其功率单元工作原理的基础上,设计了基于CPLD的通信接口、控制方案和死区产生算法。该方案有效地减小了变频装置多个功率单元之间的配合延迟时间,实现了系统的快速控制,保证了功率单元的可靠运行。仿真和实验结果证明了该方案的可行性。     

新型多端输入光伏并网系统运行控制策略

提出一种基于双主动全桥(DAB)变换器多光伏阵列并列输入、级联逆变输出的高频隔离型光伏并网系统。分析了DAB变换器的功率传输能力,设计了其移相控制策略;针对各输入端光伏阵列光照强度不同带来的功率不平衡问题,基于dq解耦控制数学模型,设计了级联多电平DC/AC变换器的调制量补偿控制策略,实现了各直流端电压的平衡控制。在PSCAD/EMTDC中搭建了4.5 MW/10 kV光伏并网模型进行仿真,仿真结果验证了系统结构的可行性以及所提控制策略的有效性。     

基于H桥级联变流器的功率单元设计

针对多电平功率变换电路在中压、大功率应用场合因其所具有的良好性能而获得广泛地关注的情况,简单介绍了多电平变换器的种类,及H桥级联结构的优点,并完成了基于H桥级联变流器的功率单元的硬件电路及软件设计。文中详细介绍了硬件电路各主要部分所采用的芯片及实现的功能,并进行了相关实验验证。该功率单元选择CPLD作为核心控制芯片,可...     

附加电感电流线性反馈控制的级联DC-DC变换器稳定性提升方法

源变换器和负载变换器的相互作用会导致级联DC-DC变换器的不稳定问题,因此,提升级联系统的稳定性很有必要。针对上述问题,将特征值灵敏度应用到级联DC-DC变换器的时域模型中,无需计算源变换器输出阻抗和负载变换器输入阻抗,从时域角度提出了附加电感电流线性反馈控制的级联DC-DC变换器稳定性提高控制方法。同时,基于时域模型直观分析了新引入的控制变量对系统稳定性的影响。最后,通过仿真和实验验证了所提控制方法的有效性。     

基于最小有功注入策略的新型级联H桥逆变器动态电压恢复器

基于最小有功注入策略,提出一种新型的动态电压恢复器(dynamic voltage restorer,DVR)结构,其主要结构由基本的级联H桥逆变器和并联的晶闸管开关电感组成。文章分析了新型DVR的电路拓扑和基本原理,推导了最小有功注入策略,分析了DVR的补偿能力和负载功率因数的关系,并设计了合适的控制系统。仿真结果表明,新型DVR可以处理更严重和更长时间的电压跌落,大大减少了DVR的有功注入。     

Stability Analysis of Cascaded DC–DC Power Electronic System

Stability analysis of the cascaded dc-dc power electronic system is analyzed in this paper. For demonstration boost converter supplying, the hybrid switched capacitor converter considered as an example. The boost converter is acting as the bus converter, 42 V bus, while the switched capacitor converter is serving as the point of load converter. The two converters are provided with voltage-mode and peak current-mode controllers, respectively. Converter state-space, two-port network models are developed and then stability of the cascaded system has been analyzed. Cascaded system interaction effects, (i) source converter power handling capability with switching load and (ii) load converter interfacing capability with bus converter, are analyzed. Simulation and experimental results are provided for verification purpose. Copyright © 2009 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

基于FPGA的多电平多载波PWM脉冲发生原理及实现方式

多单元串联型多电平逆变器越来越广泛地应用于高压大功率工业应用场合,其拓扑结构的特殊性决定需要多路驱动脉冲。因此,多路驱动脉冲的发生便成为拓扑所研究的关键性技术之一。针对H桥串联型多电平逆变器,详细地叙述了多载波脉冲的发生原理,基于FPGA,给出了一种通用型多载波脉冲发生器的具体实现方式。最后,基于DSP与FPGA,搭建了一套多电平逆变器数字化实验系统。实验结果表明所构造的多载波PWM脉冲发生器具有很好的扩展性与通用性。     

级联H桥五电平变流器工况分析与验证

以单相两功率单元级联为例,阐述了级联H桥五电平变流器的拓扑结构和载波相移SPWM(CPS-SPWM)调制策略.从该变流器的运行工况着手,给出了这种变流器在CPS-SPWM调制方法下的工作原理,并从数学角度推导了变流器开关切换、输出电压、电流流向以及均衡电压等情况,理论推导表明CPS-SPWM调制方法应用在级联多电平逆变器上的可行性、可靠性和控制的简易性,为实现调制方法的优化和拓扑结构的改进提供了理论基础.同时对五电平变流器的运行工况进行了详尽的分析,推导出了五电平变流器的数学模型,并进行了仿真和实验验证.基于DSP与FPGA,研制了多路PWM脉冲发生器,既简化了电路的设计,提高了系统的可靠性,又可保证整个系统功率元件驱动信号的同步.实验结果表明,这种变流器能在较低的器件开关频率下实现较高等效开关频率的效果,运行工况稳定,在高压、大功率场合有一定的工程应用前景.