双向AC/DC容错变换器模型预测直接功率控制

双向交直流变换器的故障容错运行能力可有效提高其可靠性。综合考虑双向变换器直流侧电压调节及变换器容错运行控制,本文提出一种双有源桥(DAB)级联容错三相四开关变换器(FSTP)的两级式结构及其四矢量下的模型预测功率控制策略。当变换器桥臂发生故障时,前级DAB结构可提高直流电压,后级FSTP结构能够保证变换器的可持续容错连续运行。与传统无容错变换器方案相比,本文所设计的结构及控制方法能够升高直流电压且具有故障容错运行能力,保证双向交直流变换器在桥臂故障下能够持续可靠运行。通过与传统无容错变换器的仿真及实验对比,验证了本文所设计的结构及控制策略的有效性和可靠性。     

考虑寄生参数的隔离型双有源桥DC-DC变换器的开关开路故障分析与容错控制策略

双有源桥(DAB)DC-DC变换器开关管的驱动电路故障导致开关开路故障(OCSF),这使得DAB系统拓扑对称性缺失、高频电压和电流发生畸变和直流偏置,进而对系统的可靠性和长期运行稳定性造成不良影响.对此,研究DAB开关管和高频变压器寄生参数对OCSF后系统运行状态的影响,以完善DAB故障分析体系.针对OCSF问题,提出一种基于对称拓扑和对偶原理的故障容错策略,通过闭锁开关使系统运行拓扑恢复对称,并在此基础上提出一种不改变控制器参数、只需改变控制器输出饱和参数的实用控制方法,并在理论上讨论了该方法的可行性.最后,通过实验验证了OCSF模态分析及所提容错控制策略的正确性.     

一种新型数字控制全桥DC/DC变换器的设计

传统的模拟控制DC/DC变换器,其控制方法单一,硬件电路结构复杂,因此极大地制约了电源效率的提高和电源硬件成本的缩减.本文提出了一种电源数字化控制方案,采用了一种先进的电路拓扑并结合ARM处理器设计了一种全数字控制方法.该方案可以有效地减小电源的体积,降低电源的成本,提高电源的效率.本文的零电压零电流变换器拓扑结构合理...     

一种非隔离型交错高增益Boost变换器

提出了一种高增益Boost变换器电路拓扑,与传统Boost变换器相比,电路工作在占空比D0.5时实现了3倍的电压增益,均衡了有源开关管电压应力,并使其降低至输出电压的1/3。首先推演了构造两路复合支路高增益三端网络的变换器拓扑;然后分析电路全周期工作原理及电路特性;最后通过搭建1台140 W的试验样机验证了理论的正确性。     

双绕组反激式单级PFC变换器及功率因数改善措施研究

为改善功率变换器的功率因数,提出一种双绕组反激式单级功率因数校正PFC(Power Factor Correction)变换拓扑。该拓扑由Boost PFC电路和具有串并联结构的双绕组反激变换电路组合而成,利用2个中间储能电容吸收变压器初级绕组的漏感能量,有效地抑制功率器件的电压应力,提高变换器的可靠性。详细分析了变换器的工作原理和稳态特性,并在传统的单电压环控制方法的基础上,将整流电压引入到控制电路,提出了一种简单的电压补偿控制方法来提高变换器的功率因数、降低输入电流的总谐波畸变率。设计制作了一台150 W/24 V实验样机,实验结果验证了所提出电路原理的正确性和采用电压补偿控制方法改善输入电流波形质量的有效性。     

一种新型的低成本高效DC/DC变换器的设计

目前市场上标准通用的DC／DC变换器存在着制造成本高、体积大、效率低等缺陷。采用Boost升压电路的拓扑结构与电流控制型脉宽调制器相结合的方法，设计了一种新型输出电压为36V的低成本、高效DC／DC变换器，经实验研究证实了其多项指标优于同类DC／DC变换器。     

大功率软开关移相全桥变换器的研究

为了解决移相全桥变换器的占空比丢失严重和开关管电压应力增大的问题，提出适用于大功率移相全桥变换器的主电路拓扑，进行了原理分析，完成了1000A大功率直流稳压电源的设计。     

双主双辅有源箝位正激变换器的研究

提出了一种双主双辅有源箝位正激型DC/DC变换器,它通过采用两个较小容量的辅助开关和一个补偿复位电容使得该拓扑可以工作在占空比大于50%的状态,而且降低了所有开关的电压应力。因此,该拓扑十分适合在较高输入电压、较宽输入范围的场合应用。文中对双主双辅有源箝位正激拓扑的工作原理及特性进行了详细的分析。最后通过实验证实了该拓扑的优点。     

一种面向储能系统的三相双有源桥式 DC/DC变换器

针对储能系统中的功率转换环节,研究了一种 LCL 谐振型三相双有源桥式 DC/DC 变换器.首先分析了 LCL谐振网络的端口特性,进而采用频域分析方法建立了三相双有源桥式变换器在对称占空比控制下的数学模型. 然后根据建立的功率模型,提出一种固定移相角的占空比控制策略使变换器以单位功率因数进行功率传输,减小回流功率.最后设计并搭建了一台８００ W 试验样机,验证了所提控制策略的有效性.     

双有源桥钳位变换器的简单PWM移相控制策略

针对传统移相控制方法下双有源桥变换器会产生较大电流应力和在宽电压范围下低效率运行的问题,提出一种面向双有源桥钳位变换器的简单PWM移相控制策略。首先,利用钳位开关的运行周期和占空比取代变换器内移相比,以简化原边H桥工作过程并提高控制自由度。然后,计算了副边H桥开关管的占空比。通过分析所提出的移相控制策略的工作原理和软开关特性,推导出以传输功率标幺值为控制量的线性大信号模型。最后,采用基于TMS320F2808为控制器的实验平台进行验证。实验结果展示了简单PWM移相控制降低了变换器的电压应力和电流应力,显著提升了变换器的传输效率。     

一种中压直流短路故障下不间断运行的MMC-SST拓扑及控制

多端口固态变压器是多电压形态多电压等级的交直流混合电网的核心设备,模块化多电平(modular multilevel converter,MMC)型固态变压器(solid state transformer,SST)具有中压直流端口,可接入中压直流配电网,构成多区域交流配电网的柔性互联,提升区域网络间功率灵活调节能力。而采用传统的MMC-SST拓扑及控制,中压直流线路短路故障会引起低压端口供电中断。文中提出一种混合型MMC-SST的拓扑及控制,其具备中压交流、中压直流和低压交直流端口,通过控制使其具有中压直流短路故障耐受能力,同时故障期间保持中压交流和低压端口的不间断功率交互,从而提升低压用户供电可靠性。分析MMC-SST在正常运行和中压直流故障不间断运行控制下内部能量平衡机理,提出中压直流短路故障下电容电压平衡及不间断运行控制策略,实现MMC-SST中压直流短路故障时不间断稳定运行。通过理论分析,仿真与物理动模实验,验证了所提拓扑及控制的可行性及有效性。     

可变拓扑的改进型交直流混合微电网

为提高配电网非理想工况下并网的交直流混合微电网(HMG)的运行性能,提出一种可变拓扑的交直流HMG及其控制策略。首先,在HMG交流母线与配电网之间插入了串联补偿变压器(SCT),并设置对应的双功能变换器在并网运行时控制SCT实现电压补偿,而在孤岛运行时用作HMG交直流母线接口变换器。其次,在分析电路拓扑和工作模式的基础上,设计了双功能变换器与交直流母线接口变换器的解耦协调控制策略。最后,仿真和实验结果表明,在配电网电压波动、暂降和暂升工况下,所提方案能够使HMG交流母线电压保持稳定,提高了HMG的故障穿越能力和供电质量。     

10kV统一电能质量控制器配电网应用研究

给出了10 kV配电网基于模块化多电平变换器技术的统一电能质量控制器(modular multilevel converter based unified power quality conditioner,MMC-UPQC)装置提高实用性的五种方法。第一种方法采用变比可变的变压器代替传统MMC-UPQC的串联变压器,提高了MMC-UPQC电压暂降补偿深度;第二种方法采用双串联变换器串联代替传统MMC-UPQC的单串联变换器,减小了公共直流侧电压,降低了阀组柜绝缘要求;第三种方法在电压暂降期间控制并联变换器吸收适量的有功功率,减少了MMC-UPQC子模块直流电容的释放能量,减小了直流电容的容量;第四种方法 MMC-UPQC子模块采用混频控制,根据子模块需治理的电能质量问题设定控制脉冲的频率,减少了子模块内开关器件损耗,降低了散热措施要求;第五种方法在控制策略中引入环流抑制控制,减小了MMC-UPQC变换器内部的环流电流及桥臂电抗器感抗。与传统MMC-UPQC装置相比,采用所提五种方法的MMC-UPQC装置能提高电压暂降补偿能力,减小占地面积和成本。     

一种基于电压反馈控制的配电网短路故障柔性限流方法

在短路故障发生初期快速检测出故障并对短路电流进行限制,有利于电力系统安全稳定运行。采用电流半周波曲线与时间轴围成的面积作为判据进行短路故障早期检测,结合配电网短路故障特征与级联H桥变流器输出特性,提出了将3个单相级联H桥多电平变流器应用于配电网短路故障柔性限流。所提限流装置采用电容耦合的方式实现并网。选取电压信号作为反馈量,采用适当的控制方法使装置输出合适的电压以达到限制故障电流的目的。仿真结果表明,在短路故障早期检测的基础上,所提方法能实现对故障电流首个峰值的抑制,减小危害,减轻断路器的开断负担,且投入限流时无需进行故障选相。     

具有故障穿越能力的T型桥臂交替多电平换流器及其调制策略

针对常规模块化多电平换流器(MMC)难以兼顾直流故障穿越能力与系统经济性的问题,提出一种T型桥臂交替多电平换流器(T-AAMC)及其调制策略,其直流桥臂采用半桥子模块并配合桥臂移相的新型调制策略,有效降低换流器建造成本与运行损耗,同时由全桥子模块串联组成的交流桥臂实现了直流故障穿越.首先,介绍了T-AAMC的拓扑结构,再基于各桥臂能量平衡条件,明确T-AAMC的桥臂移相调制策略,进而分析了T-AAMC的运行参数与硬件配置;同时,设计闭环控制系统,实现交直流桥臂能量的动态平衡;然后,将T-AAMC与现有的MMC进行了对比,相比于混合型MMC,T-AAMC在子模块数量、功率器件数量、电容取值上均实现了削减;最后,在MATLAB/Simulink中搭建仿真平台,验证了拓扑、调制与控制设计的有效性.所提T-AAMC在正常工况下能够实现宽范围、高效率的能量转换,同时具有直流故障穿越能力,可保障系统持续可靠运行.     

MMC-LCC混合直流输电系统分段下垂控制策略

由模块化多电平换流器(modular multi-level converter,MMC)和电网换相换流器(line commutated converter,LCC)构成的混合直流输电系统中,LCC换相失败严重影响系统的安全稳定运行。文中首先分析MMC-LCC混合直流输电系统换相失败时的电流特性以及交直流电压特性。其次,考虑调制比对半桥型MMC的影响,采用MMC电压改善控制策略拓展电压调制比的可行域。然后,提出MMC电压分段控制策略,根据交流电压跌落程度的不同,分别设计直流电压参考值的调节方法,优化混合直流输电系统电压控制逻辑,实现MMC电压在正常运行与故障情况下的有效切换。最后,在MATLAB/Simulink中搭建MMC-LCC混合直流输电系统模型,对交流电压不同跌落程度进行仿真,结果表明所提控制策略能在实现故障穿越的同时提高直流电压控制精度,增强系统稳定性。     

基于SVPWM扇区号的三相变流器开路故障诊断

功率变流器是风力发电系统中电能变换传输的重要部件,其开路故障会造成风力发电系统非计划停机,因此对功率变流器开路故障的及时诊断尤为重要。文中分析了空间矢量脉冲宽度调制(SVPWM)在功率开关管发生开路故障前后其扇区受影响状况,以及基本电压空间矢量的变化。根据功率开关管故障前后SVPWM调制时扇区号的对比,提出一种能够对功率开关管开路故障进行判断以及定位的方法。相比于已有的诊断方法,该方法能够实现单管以及双管开路故障诊断,只需采集SVPWM调制时的扇区号单一变量,不需要增加额外的硬件设备,数据存储要求低,计算量小,易于实现。最后通过仿真及实验验证了该开路故障诊断方法的有效性与可行性。     

Research on Short Circuit Current Characteristics of Doubly-fed Wind Power Generator Considering Converter Regulation

When fault occurs in the grid, the short circuit characteristics of doubly-fed induction generator (DFIG) are more complicated due to the coupling influence of generator electromagnetic transient and converter regulation. In view of this problem, a DFIG stator/rotor short circuit current calculation method considering the transient regulation of both rotor-side and grid-side converters is proposed in this paper. First, DFIG fault equivalent network considering the rotor-side converter control is established, and the analytical expressions of stator/rotor currents in this network are derived. On this basis, considering the DC bus voltage fluctuation, the double-loop transient control process of the gird converter in the short circuit process is described quantitatively. Thus, the mechanism of the second harmonic in the stator short circuit current is revealed, and the expression of the harmonic component is derived. Finally, the analytical expressions of stator and rotor short circuit full currents are obtained. Simulation results verify the correctness and feasibility of the proposed method.     

三相-单相矩阵变换器容错控制与输入电流优化

为提高三相-单相矩阵变换器(3-1MC)的供电可靠性,针对开关元件的开路故障与短路故障,研究了3-1MC的容错控制调制策略并设计了带解耦电感的容错控制拓扑。利用快速熔断器将短路故障转换为开路故障,将2种故障归结为开路故障,并对不同桥臂的开路故障控制策略进行了分析与计算。为实现输入电流的优化,提出对补偿电感进行功率解耦、中线电流补偿及退出运行等策略。通过仿真与实验对所设计的容错控制策略进行了验证,结果表明,在硬件改动较小的前提下,在不同桥臂故障下3-1MC均能维持输出电压稳定,同时输入电流的畸变较小。