三端口直流能量路由器在TCM调制下的优化控制策略

针对应用于直流微电网的三端口直流能量路由器,分析了传统移相调制(conventional phase shift modulation,CPM)下各端口之间的能量路由情况。在此基础上,定量分析了CPM调制方式下电流有效值和系统通态损耗间的关系,揭示了较大的无功功率和电压不匹配时失去零电压开关(zero voltage switching,ZVS)是造成三有源桥(triple activebridge,TAB)轻载效率较低的主要原因;为此提出基于三角波电流模式调制(triangular current mode modulation,TCM)优化的控制策略,并分析其运行机理;推导了TAB变换器中各元件电压电流特性和功率传输特性,得出了通过使电感电流断续消除环流或非有功电流分量,从而减小通态损耗的方法;再者,探讨了负载功率波动或功率流向切换情况下直流端口电压的稳定控制方法。仿真和实验结果表明了TCM调制应用于TAB变换器的正确性和可行性。     

非线性负载下微电网主逆变器输出侧电能质量控制策略

针对微电网主逆变器输出侧电能质量易受其所连交流母线上非线性负载影响的问题,提出了一种适用于三相四线制微电网主逆变器的高电能质量控制策略。首先,分析了非线性负载造成主逆变器输出侧电压畸变的原因,得到了孤网运行状态下主逆变器输出侧电压谐波抑制机理。其次,解析了传统逆变器的谐波抑制方法及其物理机理,并指出了该类抑制方法的不足。然后,提出了一种基于虚拟谐波阻抗的新型谐波抑制策略,能同时适用于电流型谐波源和电压型谐波源,分析了该方法的可行性。最后,仿真结果和实验结论验证了该控制策略的有效性,该方法有效地改善了主逆变器输出电压的畸变率。     

引入储能单元的虚拟同步机研究

由于微网中光伏等分布式能源具有发电间歇性和不稳定性,采用虚拟同步发电机控制不能维持直流母线电压稳定,从而不能提供稳定和足够的能量缓冲响应分布式电源功率波动。首先研究了一种引入储能单元的虚拟同步机;然后利用传统同步电机二阶模型的阶跃响应原理分析了分布式电源波动时虚拟同步机的储能功率需求,并据此设计了储能单元;最后搭建了基于EMTDC/PSCAD的仿真模型,设计了样机。仿真和实验结果验证了所提方法及控制策略的正确性和有效性。     

基于级联常通型SiC JFET的快速中压直流固态断路器设计及实验验证

固态断路器(solid state circuit breaker, SSCB)是直流配电网中实现快速、无弧隔离直流故障的关键保护装置。首先提出了一种基于级联常通型碳化硅(silicon carbide, SiC)结型场效应晶体管(junction field effect transistor, JFET)的新型中压直流SSCB拓扑,直流故障发生时利用金属氧化物压敏电阻(metal oxide varistor, MOV)向SSCB主开关级联常通型SiC JFET器件的栅源极提供驱动电压,可快速实现直流故障保护。其次详细分析了SSCB关断和开通过程的运行特性,并提出了SSCB驱动电路关键参数设计方法。最后研制了基于3个级联常通型SiC JFET器件的1.5 kV/63 A中压SSCB样机,通过短路故障、故障恢复实验验证了设计方法的有效性。结果表明该SSCB关断250 A短路电流的响应时间约为20 s,故障恢复导通响应时间约为12 s,为中压直流SSCB的拓扑优化设计和级联常通型SiC JFET器件的动静态电压均衡性能提升提供了支撑。     

基于分布式电源集群的配电网电压控制策略

提出一种分布式电压控制策略,基于分布式电源（distributed generation,DG）集群实现含高比例DG接入的配电网电压控制。通过对DG集群主导节点与DG容量利用比的计算,建立起节点电压与DG出力之间的定量关系,进而对相关变量进行整定计算。最后,通过仿真软件搭建IEEE 33节点配电网辐射状接线模型与环网状接线模型,验证了所提分布式电压控制策略可以实现配电网不同负载情况、不同接线模式下全局电压良好分布。     

基于综合能量最优补偿的动态电压恢复器

为实现动态电压恢复器(DVR)对暂降电压幅值和相位补偿的同时,减少能量的损耗,延长补偿时间,最大程度减小暂降电压对负载的影响,文中提出了一种综合能量最优补偿策略。通过分析综合能量最优补偿过程,得出补偿相量图和解析式,并讨论了该策略的极限补偿问题。分析补偿电压幅值、输出有功与相关物理量之间的数学关系式和关联曲线,得出最优补偿条件。通过MATLAB/Simulink进行仿真实验,分析了不同程度的电压暂降补偿效果,仿真结果验证了所提补偿策略的有效性。     

基于半桥结构的新型高速铁路功率调节器

随着电气化铁路朝着高速、大功率负荷发展,电力牵引系统的电能质量问题变得越来越至关重要.提出一种适合于大功率补偿的基于半桥变流器结构的新颖铁路功率调节装置.该补偿系统中,由2个背靠背的半桥变流器通过中间2个串联电容连接在一起,然后通过降压变压器分别与2个牵引供电臂连成一体.相对于传统功率调节器,该功率调节单元只需要2个开关桥臂和1组串联电容,减少了1对开关桥臂即4个功率开关管.在完成同样功能前提下,将功率开关减少了一半,减小了硬件成本,提高了补偿装置的可靠性能.这样将大大有利于装置的大功率模块化,与当今高速铁路大容量的功率补偿相对应,具有很好的发展前景.仿真和实验结果验证了所提补偿结构及其方法的有效性.     

电气化铁路功率调节器综合补偿系统的稳定性与闭环跟踪能力分析

针对高速化铁路牵引系统产生的大量负序与谐波电流,提出了一种能够进行大容量功率转移、负序补偿与谐波抑制的电气化铁路功率调节器(railway static power conditioner,RPC)结构。首先分析了针对V/V牵引变压器的RPC系统负序补偿原理,建立了其数学模型和控制原理图,重点分析了控制器参数变化对系统稳定性和闭环跟踪能力的影响,为参数的合理选取提供了理论依据。最后进行了仿真验证,仿真结果验证了分析的正确性。     

双重移相控制的双主动全桥变换器全局电流应力分析及优化控制策略

为了减小双主动全桥(DAB)变换器的功率损耗,考虑全局范围内不同传输功率及输入输出电压调节比,提出一种双重移相电流应力优化控制策略,通过分段优化两侧全桥内移相角和桥间外移相角,保证变换器全局范围内电流应力最优。首先对比分析传统单移相、扩展移相和双重移相传输功率特性,得出双重移相功率传输范围及灵活性优势明显,进一步建立双重移相控制所有运行模态的电感电流应力与电压调节比、传输功率及移相角之间的数学关系。在此基础上,推导得出所有模态下变换器工作在最优电流应力状态的移相角条件,并研究优化控制策略的实现方案。搭建5kW实验样机,进行全功率范围内应力与效率对比实验,实验结果验证了所提控制策略的可行性和优越性。     

含多虚拟同步发电机的微电网二次调频策略

针对微电网低惯性特性使得其频率易受负荷波动影响而偏移出额定值的问题,提出一种基于虚拟同步发电机(VSG)的二次调频方法。首先,在分析电力系统调频原理的基础上,提出了在VSG功频控制中引入二次调频控制器来实现频率的无差控制。其次,针对含多个VSG并联运行且都参与二次调频的情况,通过对二次调频控制环节进行改进,使VSG不需要借助于微电网中央控制器间的协调控制,即可实现无差调频。同时,该策略的提出使得VSG能够根据自身额定容量自主分配负荷功率,提高了微电网经济运行能力。最后,仿真结果和实验结论验证了所提理论分析的正确性和实用性,所提方法可有效地改善微电网的频率特性和经济运行特性。