解决配电网电压暂降问题的飞轮储能单元建模与仿真

飞轮储能装置具有短时间、高功率放电的特性,可用于解决电能质量问题。文章用含飞轮储能单元的动态电压恢复器解决配电网电压暂降问题,其中飞轮储能单元使用钢转子和内装式永磁同步电机,既降低了飞轮的制造成本,又减小了飞轮驱动单元的损耗。根据飞轮储能系统的特点,给出了包括配电网电压跌落检测、飞轮储能装置的充放电控制策略和快速补偿电压跌落的整体控制策略。重点讨论了基于矢量控制的飞轮储能装置充放电控制策略,通过控制直流母线电压,使能量在配电网、飞轮储能单元及负载间合理流动。在Matlab/Simulink环境下建立了动态电压恢复器模型,仿真结果表明该模型能准确控制飞轮储能装置充放电,补偿配电网电压跌落,保护敏感负载不受影响。     

直接驱动倍流同步整流ZVS三电平直流变换器

提出了直接驱动倍流同步整流零电压开关(ZVS)三电平直流变换器,它利用滤波电感的能量可在宽负载范围内实现主开关的ZVS。在这种驱动方式下,同步整流管也能顺利地实现ZVS。详细分析了其原理,并通过一台100kHz输出24V/30A样机验证了该变换器原理及可行性,最后给出了实验波形。     

飞轮储能系统双向准谐振软开关DC-DC变换器的研究

飞轮储能因其具有高效、节能、清洁等诸多优点,是未来重要的储能电源形式之一。虽然已有部分飞轮储能系统产品问市,但是大功率飞轮储能系统仍然处于研究之中。本文介绍了一个开发中的应用于大功率飞轮储能系统的双向准谐振软开关DC-DC变换器,有效实现了开关管的零电压开通和零电压关断。其突出的优点在于,结构精简及较低的开关损耗,在确保飞轮储能系统快速充放电的基础上,降低了整套系统的电磁干扰(EMI)水平。     

三电平储能变流器的研制

此处研制了一款大功率三电平储能变流器,对其主电路拓扑结构和数学模型进行了详细分析,并给出了恒流、恒功率和恒压充放电控制模式.针对传统三电平空间矢量脉宽调制(SVPWM)扇区多、控制复杂的问题,提出了基于两电平空间矢量的三电平载波调制方式,无需复杂分区即可实现三电平SVPWM和母线电容中点电压平衡.制作了实验样机并搭建了实验平台进行验证,验证了所设计的样机具有较好的稳态和动态性能.     

磁悬浮储能飞轮高速永磁电机设计及优化

高速磁悬浮储能飞轮是一种新型高比功率储能装置,其中高速大功率电机是能量转换与传输控制的核心。本文针对所研究的300kW磁悬浮飞轮储能系统的应用特性提出了一种轴式永磁同步电机方案,从电磁、结构和控制等方面进行综合分析与设计;在此基础上,为了适应高速稳定运行、高功率放电对高速电机提出的新要求,从转子的结构强度、电机损耗、运行区间的效率、转矩波动等方面出发对电机的设计参数进行优化分析。结果表明：优化后的电机结构强度高,能够满足储能飞轮在高转速、高功率连续充放电等工况下的使用要求,15000～30000r/min工作转速范围内电机效率达到90%以上。     

磁悬浮支承低功耗储能飞轮

储能飞轮由于其高储能密度、高寿命及高充放电次数而在能量储存系统中得到广泛重视。首先开发了以普通磁悬浮轴承支承、普通永磁无刷直流电机驱动和发电的FW-15A储能飞轮系统,用以验证高速磁悬浮支承系统的功能、制造安装,并分析储能飞轮系统的功耗。在FW-15A的基础上,开发出FW-15B系统,该储能飞轮系统侧重于降低功耗,采用新型永磁偏置径向和轴向磁轴承,采用杯形绕组永磁无刷直流电机。试验表明,在飞轮转子静止时,FW15-B和FW15-A的磁轴承功放输入功率分别为3.59W和29.6W;在25974r/min飞轮转速时,FW15-B和FW15-A的电机功放输入功率分别为10W和20W。     

电动汽车磁悬浮飞轮电池储能系统设计

为了提高电动汽车动力蓄电池能效,增加电动汽车的启动功率,设计了一种电动汽车用五自由度主动悬浮控制的磁悬浮飞轮电池储能系统,阐述了系统的悬浮控制原理,并结合一种数字比例-积分-微分(PID)控制算法建立了该磁悬浮飞轮径向单自由度传递函数.仿真分析了该传递函数的频谱特性及飞轮转子的运动轨迹曲线,实现了对磁悬浮飞轮电池样机30 000 r/min的旋转实验.实验结果表明:该磁悬浮飞轮转子可以高速稳定旋转,具有良好的储能能力;可以辅助电动汽车原动力蓄电池工作,有助于提高原动力电池的充放电性能以及延长原动力蓄电池的使用寿命.     

复合式全桥三电平LLC谐振变换器

该文提出了一种适合于燃料电池供电系统新颖的复合式全桥三电平LLC谐振变换器。它是在复合式全桥三电平变换器的基础上加入了LLC谐振网路以实现开关管ZVS和整流二极管ZCS。该变换器集合了复合式全桥三电平变换器和LLC谐振变换器的优点：适合于在宽输入电压范围的应用场合；三点平桥臂的开关管电压应力只有输入电压的一半；整流二极管实现ZCS，其电压应力仅为输出电压；可以在全负载范围内实现ZVS。该文通过一个200－400V输入，360V/4A输出的原理样机验证了它的工作原理，并给出实验结果。     

用于超导储能系统的多电平电流调节器

电压型超导储能系统中的直流变换器用于实现对超导磁体的快速充放电。传统的直流变换器存在软开关难以实现、直流母线电压难以平衡的问题。为解决这一问题，提出一种用于超导储能的多电平电流调节器，它实现了高频变压器原边器件的零电压开关和副边器件的零电流开关，并能实现电压侧各直流母线电压的自动平衡。采用改变晶闸管移相角，进而控制超导磁体上的平均电压大小的方法来调节超导磁体充放电功率。在实现方法上，采用了基于数字信号处理器（DSP）和复杂可编程逻辑器件（CPLD）的综合控制方法。实验结果证明了这种多电平电流调节器的良好性能。     

一种可抑制直流系统网压波动的高速飞轮技术

直流电网逐渐成为分布式电源接入的有效方式,储能是平抑直流供电系统电压波动的最直接手段。分析了典型含分布式电源的直流供电系统网压波动产生机理,对比了高速飞轮和低速飞轮在快速抑制网压波动方面的动态特性差异,给出了GTR高速飞轮储能针对独立直流供电系统的电压波动抑制应用方式。最后,对所提飞轮储能装置进行了高转速状态下的充放电实验,结果显示高速运行时的飞轮充放电效果良好。     

基于SG3525电压调节芯片的PWMBuck三电平变换器

阐述了用SG3525电压调节芯片实现PWMBuck三电平变换器的交错控制。相对于采用分立元件实现PWMBuck三电平变换器的交错控制而言，该控制方法电路简单，易于实现，可以较好地解决三电平波形的不对称问题。详细介绍了SG3525电压调节芯片，并给出了基于SG3525电压调节芯片的PWMBuck三电平变换器的具体设计方法。最后对输入电压为120V(90～180V)，输出为48V／4A，开关频率50kHz的PWMBuck三电平变换器进行了实验验证。     

三相三电平二极管箝位型整流器的单载波调制和中点平衡控制策略研究

该文通过对三电平二极管箝位型整流器工作原理分析,提出在无能量回馈工况下用单载波调制控制一种简化的整流器;单载波调制使得用模拟芯片控制三相三电平整流器成为可能。通过两输出电容电压的偏差改变电流参考给定来实现整流器输出中点平衡。最后给出了以uc3854bn为控制核心的实验结果和相关的仿真结果,验证了在单载波调制控制策略下,输入电流能很好地跟踪输入电压,中点电压得到很好的控制。     

三电平双向直流变换器的模型预测电压控制研究

三电平双向直流变换器以其传输效率高和输出波形畸变率小等优点在储能系统等低压大电流场合得到了广泛应用。但由于其输出电平数量的增多,调制复杂度增加,可能在应用中出现中点不平衡问题。针对以上问题,提出模型预测电压控制MPC(model predictive control)方法,实施直流母线电压和输出侧分压电容均压的多目标优化控制。该方法通过预测模型的构建和目标函数的寻优两个步骤实现对三电平双向直流变换器的控制,在提高直流母线电压调节的精度和响应速度的同时抑制中性点电压波动。最后,将所提控制策略应用于储能系统并通过Matlab/Simulink进行仿真,结果验证了该算法在直流电压跟踪和中点电压平衡控制中的有效性。     

用于故障穿越的飞轮储能双三相异步电机驱动控制研究

随着海上风电场的发展和高压直流输电技术的应用,风电场系统存在交流侧故障穿越的问题。针对这个问题,提出了一种用于故障穿越的基于模块化多电平变频器和双三相异步电机的飞轮储能系统,并设计了其驱动控制方案。飞轮储能系统采用了模块化多电平技术能方便地构建大功率高压变频器,并具备扩容能力。为了提高飞轮储能系统的可靠性,采用了双三相异步电机驱动,从而提高了冗余性。接着设计了能均衡各个模块电容电压的双三相异步电机驱动控制算法。最后,基于MATLAB/Simulink仿真平台建立了风电场和飞轮储能系统的仿真模型,进行了仿真计算。仿真结果验证了飞轮储能系统的功能和驱动控制策略的性能。     

NPC三电平变换器中点电压控制方法综述

中点箝位型(NPC)三电平拓扑是目前最常用的一种高压大功率多电平拓扑。在NPC三电平变换器的控制中,中点电压波动问题是一个直接关系到系统安全性与输出性能的重要问题,需要妥善解决。目前存在许多种可以抑制NPC变换器中点电压波动的控制方法,这里针对NPC三电平变换器,对其中点电压波动进行了分类并分析了其产生原因。归纳总结了常见的NPC三电平变换器中点电压控制方法,尤其对中点电压的软件控制算法进行了细致的分类和对比分析。     

应用于微网储能系统的三电平CLLLC变换器优化设计研究

针对微网储能系统中能量在直流母线与储能电池间双向传输的应用场景,研究了一种三电平CLLLC变换器。首先分析了三电平CLLLC变换器在正反向运行时的工作原理,然后通过建立基波等效模型分析了变换器正反向运行的电压增益特性,并研究了各参数对电压增益的影响。在此基础上,提出变换器的优化设计流程,其可以满足变换器双向运行的增益要求。最后搭建了一台实验样机,通过实验验证了所提出的优化设计的有效性,在同步整流策略下样机效率最高为96.2%。     

基于车载超级电容储能系统在城市轨道交通的应用研究

介绍了超级电容储能系统的结构和双向DC-DC变换器的功能特性,制定了双向DC-DC变换器的电压外环、电流内环的双PI控制策略。列车启动阶段,牵引网电压下降,超级电容输出能量;列车制动阶段,牵引网电压升高,超级电容吸收能量。搭建了1 500 V直流电气化铁路仿真平台并进行了仿真,仿真结果验证了超级电容储能系统吸收再生制动能量,减少地铁电能的损耗,有效地控制了牵引网电压的下降和升高。     

计及功率极性和序列连续性的三电平闭环虚拟矢量调制策略

针对三电平变流器应用于大功率高速航空起动发电机系统所产生的中点电位偏差问题,提出一种考虑起动发电两种功率极性和开关序列连续性的中点电位偏差闭环虚拟空间矢量调制策略.建立了三电平变流器输出电压序列的中点电荷模型,据此分析了低载波比工况下虚拟空间矢量调制策略及闭环虚拟空间矢量调制策略下中点电位不平衡问题.在传统虚拟空间矢量...     

多电平变换器在电动汽车驱动系统中的应用

多电平变换器(尤其是中点箝位型和级联型)在电动汽车和混合动力车驱动控制系统中得到了长足的发展应用.在电动汽车中,多电平变换器开关工作在基频状态下,提供了近乎正弦的低扰动的输出电压波形,并且输出电压几乎没有电磁干扰和共模电压,这就提高了驾驶的舒适性和整车的安全性,多电平变换器完全适合应用于电动汽车和混合动力车.文章分析了多电平变换器在电动汽车和混合动力车驱动控制系统中的几种拓扑结构,并简述了适合这些架构的控制技术.     

用于电池储能装置的双向DC-DC变换器设计

针对传统方法由两个单向DC-DC变换器构成的电池储能装置,存在效率较低、功能少、重量较大、电路复杂等问题,设计了一个双向DC-DC变换器可实现对锂电池高效率的恒流充电和恒压放电。主控单元以STC12C5A 60S2单片机为核心,采用同步整流Buck-Boost电路,驱动部分以IR2104为中心控制功率MOS管。恒压充电范围1～2 A,电流步进值不大于0.1 A,电流控制精度不低于5%,充电效率大于95%;恒压放电电压30±0.5 V,放电效率大于90%;充放电过程可程控转换,具有过充保护功能。实验结果表明,整个设计样机实现电路简单,充放电效率高,重量不超过500 g,具有一定的实际应用价值。