一种级联电力电子变压器直流电压平衡控制策略

基于功率反馈的双闭环功率均衡策略是级联型电力电子变压器隔离级DC-DC变换环节的一种典型控制策略。该策略优点之一是控制过程中明确了变换器传递功率指令这一变量,可以通过对其作处理来调节隔离级传递功率,进而实现多种功能。基于此提出一种改进的整流电压平衡控制策略,在DC-DC变换器各级单元功率指令上引入相应前级整流电压偏差补偿量,通过调节隔离级各单元功率分配以自动实现整流侧直流电压平衡。最后通过仿真与实验验证了这种功率指令补偿式电压平衡策略的有效性。     

输出并联双有源全桥DC-DC变换器虚拟功率均衡控制方法

针对电力电子变压器(PET)中输出并联双有源全桥(DAB)DC-DC变换器,分析了前级级联多电平整流器(CHB)控制策略对于DAB变换器的影响,提出一种同时适用于等效输入串联输出并联(ISOP)和等效输入独立输出并联(IIOP)DAB变换器的虚拟功率均衡控制方法,并分析了该控制策略的作用机理。搭建了以TMS320F28335+FPGA_6SLX45为控制器的三单元输出并联DAB变换器的实验平台,对所提出的虚拟功率均衡控制方法与输入电容电压平衡控制算法进行了对比验证。实验结果表明,所提方法在实现各个模块传输功率均分的基础上,可以显著提高变换器对于负载突变和输入电压突变时的响应速度。同时,也可有效地抑制变换器传输功率的暂态波动。     

独立输入并联输出全桥隔离DC-DC变换器直接功率平衡控制

以电力电子变压器为应用背景,对其中的独立输入并联输出全桥隔离DC-DC变换器展开研究。在电力电子变压器中,当各个输出并联全桥隔离DC-DC变换器电路模块的参数不匹配或各模块输入电压幅值不相等时,会造成各全桥隔离DC-DC变换器模块间传输功率不平衡现象,导致器件过流,严重时损坏开关管等器件。为实现各DC-DC模块功率平衡传输,基于直接功率控制思想,提出了独立输入并联输出全桥隔离DC-DC变换器功率平衡控制方法。此外,在大功率输出的情况下,为实现各并联DC-DC模块功率容量的充分利用,补充分析了部分单元模块过功率工况下的直接功率平衡控制方法。最后,基于RT-LAB和TMS320F28335的半实物实验平台对所提出的功率平衡控制方法进行验证。     

基于双有源桥式DC-DC变换器的电力电子牵引变压器的电压平衡控制

提出一种基于双有源桥式(DAB)DC-DC变换器的电力电子牵引变压器(PETT)的电压平衡控制策略,分析这种控制策略的作用机理,并提出一种PETT的起动控制方法。建立单个DAB的数学模型、DAB并联系统的整体模型以及DAB并联系统的电压平衡控制模型,以方便、有效地进行输出电压控制器、输入电压平衡控制器的设计。基于两单元PETT实验平台,开展仿真和实验研究,仿真和实验结果一致,变换器的稳态和动态控制性能良好。仿真和实验结果验证了所提方法的正确性和有效性。     

基于混频调制的电力电子变压器设计方法及实验验证

现有的电力电子变压器中电能变换级数较多,导致其效率低、成本高,限制了其应用。基于混频调制策略的三级型电力电子变压器可减少电能变换级数,并可通过合适的控制策略实现双向功率变换和多端口输出。文中对基于混频调制的三级型电力电子变压器的工作原理、控制策略、设计方法及实验验证进行了详细的分析研究,提出了一种单相结构的三级型电力电子变压器,同时引入一个额外的全桥补偿子模块以消除该电路在交流电网中产生的中频谐波电流。最后,搭建交流电压为150 V、直流电压为100 V、功率为1 kW 的样机平台,进一步验证了所提单相三级型电力电子变压器方案的可行性。     

电力电子变压器的双有源全桥DC-DC变换器模型预测控制及其功率均衡方法

该文以电力电子变压器中的输出端并联双有源(dual active bridge,DAB)全桥DC-DC变换器为研究对象,针对其动态响应慢及传输功率不均衡问题,提出一种模型预测控制策略及其功率均衡方法。同时,为了增强控制算法的灵活性,借鉴于直接电流控制的思想,提出无负载电流传感器的模型预测控制策略。最后,搭建以TMS320F28335+FPGA_6SLX45为核心控制器三单元输出并联DAB的实验样机,对所提出的模型预测控制及其功率均衡方法和传统闭环电压制以及负载电流前馈控制进行对比实验验证。实验结果表明:该方法不仅可实现各个DAB模块的传输功率均衡,同时可显著地提高变换器对于输入电压突变和负载突变时的动态特性。此外,当负载电流传感器损坏或缺省时,变换器仍然可以保持良好的动态特性并实现传输功率均衡。     

输入串联输出并联双有源全桥DC-DC变换器多模块优化功率平衡控制方法

通过分析电力电子变压器(PET)中的双有源全桥(DAB)DC-DC变换器的运行特征及所面临的问题,针对输入串联输出并联双有源全桥DC-DC变换器,基于三重相移(TPS)提出一种多模块优化功率平衡控制方法以同时提高变换器的效率及动态性能,并实现各个模块的传输功率均衡。相比于传统的输入电压均衡控制方法,该方法在不需要增加额外传感器的情况下,可以进一步提高变换器的效率,加强变换器对于输入电压突变时的响应能力并实现各个DAB模块的传输功率平衡。最后,搭建以TMS320F28335+FPGA_6SLX45为核心控制器的三单元输入串联输出并联DAB变换器小功率实验样机,对所提多模块优化功率平衡控制方法与输入电压均衡控制方法进行对比实验研究,验证了所提算法的正确性与有效性。     

电子电力变压器与常规电力变压器的并联技术

在分析电子电力变压器（EPT）与常规电力变压器并联原理的基础上,提出将常规电力变压器的副方电压作为EPT输出电压的参考电压,以减少EPT与常规电力变压器并联时所产生的环流。在传统比例积分（PI）控制基础上提出了一种参考电压前馈的瞬时电压电流双闭环反馈的并联控制策略,并详细分析了其控制性能。理论分析表明,与常规PI控制策略相比,所提出的控制策略的稳态精度高、动态响应快捷。以单台EPT与单台常规电力变压器构成的并联系统为例,在MATLAB时域环境下进行了仿真研究,同时在基于数字信号处理器TMS320F2812所构建的试验系统中进行了试验验证。仿真和试验结果表明,所提出的常规控制策略获得了良好的均流调制特性,具有良好的动态响应特性,可实现不同容量EPT与常规电力变压器并联运行时的负荷合理分配。     

用于快速充电站的高频高效模块化固态变压器

随着碳化硅器件的发展,基于固态变压器（SST）的充电站供电架构相比传统基于工频变压器的方案在效率、功率密度及扩展性等方面已展现出优势。提出一种基于三电平功率单元输入串联输出并联的模块化SST。其中,隔离DC-DC级采用串联半桥LLC变换器,分析了软开关实现条件和参数设计,比中点箝位型三电平LLC更易实现ZVS,更适合高频高效运行。为实现单元间均压均流,基于后级均压前级均功率的协调控制思想,提出一种基于直流链电压反下垂的分布式控制方法,同时实现了均压、均功率和输出电压二次调节等多个目标。所提方法在一台10 kV级,360 kW SST样机上得到了实验验证。     

基于电压前馈的输入串联输出并联型直流变压器反下垂控制策略

以双有源全桥(dual active bridge,DAB)DC-DC变换器为基本功率单元的输入串联输出并联(inputseries-output-parallel,ISOP)型直流变压器(DC solid state transformer,DCSST)十分适用于直流电网互联或大规模新能源汇集等高压大容量应用场合。文中针对现有的反下垂控制方法无法兼顾均压/均流特性与输出电压调整率的缺点,提出了一种电压前馈的反下垂控制方法。通过引入输入电压均值前馈实现了直流变压器输入电压与输出电压的解耦,使得直流变压器在实现均压/均流运行的同时,具有较好的稳压性能。最后,于PSCAD/EMTDC仿真软件搭建了以DAB变换器为基本功率单元的三单元ISOP型直流变压器仿真模型,对所提出的算法进行了对比实验验证。实验结果表明:该方法可以实现直流变压器各模块的传输功率平衡,同时具有较好的稳压性能。     

基于无互联线控制的电子电力变压器并联技术

提出一种新的电子电力变压器(EPT)无互联线并联控制策略.所提出的控制策略基于功率下垂控制理论,由有功功率均分控制回路和无功功率均分控制回路2部分组成.为了抑制输出电压的相位偏差,在控制回路中增加了输出电压相位同步控制回路;为使系统在线性和非线性负载条件下都能获得好的功率均分性能,在控制回路中增加了谐波电流控制回路;为改善系统的动态响应特性,增加了微分控制环节;为分析系统的稳定性和动态性能,方便控制参数的设计,建立了系统的小信号模型.仿真结果表明,所提出的控制策略获得了好的功率均分性能和电压调制特性,具有良好的动态响应特性,且在非线性负载条件下也获得了较好的均流特性.     

级联型电力电子变压器分级解耦控制

应用于交直流混合配电网的级联型电力电子变压器(PET)能够实现柔性互联、电压变换、电气隔离和功率控制等多种功能.由于级联型PET内部的级联H桥级和双有源桥级之间电气耦合程度高且控制目标不同,提出一种分级解耦控制方案,在简化控制架构的同时可实现各级的独立灵活控制.此外,针对级联型PET采用多个功率单元输入串联输出并联的拓扑结构,提出一种基于分级解耦控制的串联均压并联均流控制策略,以降低参数差异的影响.研制了一台额定交流电压为10 kV、额定直流电压为750 V、额定容量为500 kVA的级联型PET.实验结果验证了该控制方案工程应用的可行性及有效性.     

级联型电力电子变压器并联运行的改进下垂控制策略

为了提升级联型电力电子变压器并联运行时的稳态和动态性能,在传统下垂控制的基础上提出了一种改进下垂控制策略。首先,建立传统下垂控制的并联系统等效电路,研究其存在电压控制偏差较大、均流控制精度不高且动态特性较差等问题的原因;然后,通过闭环控制实现对输出电压控制偏差的补偿,推导负载电流与移相角的函数后对其泰勒级数展开式进行线性化处理,并将处理结果作为电流前馈的系数,提升稳态时电压控制的精准度、电流控制的均衡度以及动态时的快速调节能力;最后利用公共直流母线电压取代各自采样的输出电压作为控制反馈值,降低了线路阻抗对电流均衡度的影响。通过一套3台电力电子变压器组成的并联系统进行验证,实验结果表明:该改进下垂控制策略可将并联系统的功率离散度降低至0.18%,直流电压控制偏差降低至0.2 V,验证了工程应用的有效性、可行性和实用性。     

磁集成三端口电力电子变压器的改进控制方法

针对现有多端口电力电子变压器磁性元件体积大、功率变换单元多、成本高的问题,提出基于磁集成的三端口拓扑及控制策略。将传统拓扑的6个桥臂电感和大量的高频变压器集成为3个集成变压器,从而减小磁性元件体积。在变压器副边绕组接1个三相桥即可构建低压直流端口,极大地减少功率变换单元数目。利用桥臂电压的直流、工频和高频分量分别控制中压直流、中压交流和低压直流端口功率,实现多端口功率调控。为提高中压直流端口电能质量,将桥臂电压的高频分量设计为三相对称的六阶梯波,使其激发的电流分量在三相回路中相互抵消,从而实现中压直流端口高频电流纹波消除。最后,建立了4 MW仿真模型进行验证,结果证明了所提拓扑和控制策略的有效性。     

级联型STATCOM电容电压平衡与无功功率控制策略研究

针对级联型STATCOM级联H桥单元直流侧电容电压的平衡与稳定问题,提出了一种新型的基于电力电子功率变换控制技术的均衡控制策略。该控制策略不仅实现了级联H桥电容电压平衡控制,而且实现了无功功率的有效控制。文章首先建立级联型STATCOM的数学模型,分析了其工作原理,然后详细介绍了所提出的控制策略,利用工频稳态模型得到不同负荷工况下的直流电压值,通过PI控制器实现电容电压的均衡控制。最后matlab/simulink仿真和实验验证了理论分析的正确性和所提出的控制策略的有效性。     

电子电力变压器储能系统及其最优控制

为了使电子电力变压器具备跨越瞬时电压中断的能力,提高供电可靠性,对应用于电子电力变压器的储能系统进行了研究。所提储能系统由一个超级电容储能单元和一个双向直流变换器组成,储能单元通过直流变换器和电子电力变压器相连。为了提高储能系统中直流变换器的控制性能,提出了一种基于线性二次型调节的优化控制策略。最后,所提系统在基于DSPTMS320F2812所构建的实验系统下进行了实验验证。实验结果证明了基于超级电容储能的电子电力变压器具备跨越瞬时电压中断的能力和所提优化控制策略的有效性。     

级联式电力电子变压器的主动非均衡功率控制

电力电子变压器是交直流混合配电网的关键设备,为提高级联式电力电子变压器轻载运行效率,文中结合混合脉宽调制技术的非均衡特性,提出一种基于功率主动非均衡控制的效率优化策略。通过输入级级联H桥变换器在混合脉宽调制下的损耗分析以及隔离双向DC/DC变换器的损耗分析,建立了级联式电力电子变压器运行效率模型,据此分析各单元功率非均衡分配以提升整体运行效率的可行性。对混合脉宽调制下各单元功率稳定运行范围进行了推导,并提出适用于系统轻载效率优化的功率主动非均衡控制策略。最后,通过实验对所提控制策略与传统功率均衡控制进行了对比验证,结果表明所提功率非均衡控制可降低轻载条件下的系统损耗,提高电力电子变压器的整体效率。     

一种新型的电压源逆变器并联控制策略

现有的逆变器并联控制策略都是基于平均均流模式,而某些应用场合输入电压源采用发电机形式,其工作效率在额定电流点最优,此时平均均流模式显然不适用。提出了一种新型的并联控制方案,使得除最后一个并联的电压源外其余电压源均工作在额定电流处,整体效率达到最优。该方案中逆变器采用三环控制,电流内环改善系统响应,电压中环确保系统稳定性,外环跟随功率分配单元给定电流信号以获得最优效率。功率分配单元根据负载电流和电压源额定电流提供外环电流给定信号。理论分析和仿真实验验证了该方案的可行性。     

不平衡负荷下输出并联型电力电子变压器的优化控制策略

输出电压的对称性是评价电力电子变压器(PET)性能的重要指标,造成PET输出电压不对称的主要原因在于不平衡负荷的存在。针对模块化输出并联型电力电子变压器,提出基于其拓扑特点的不平衡运行优化策略。首先,简析PET输出级模块化并联的运行策略,建立输出级的控制模型。然后,分析不平衡负荷对电力电子变压器输出电压的不利影响,进而对经典的输出级主从控制策略进行改进,在不改变主电源模块运行的基础上,从电源进行功率跟随控制。最后,通过仿真和硬件在环实验共同验证了该文提出拓扑结构和控制策略的有效性及可行性。     

多直流微电网群柔性互联与控制

为提高分布式可再生能源利用效率和供电可靠性,本文提出一种适用于多直流微电网群柔性互联系统的功率协调控制策略。直流微电网包含平衡单元和功率单元,平衡单元采用功率-直流电压下垂控制,功率单元采用功率控制,隔离双向DC-DC变流器采用功率协调控制。基于上述控制策略,不仅可以控制母线电压稳定,还可实现无互联通信情况下多平衡单元并联运行时功率主动分配,满足直流微电网内多平衡单元即插即用。同时采用隔离双向DC-DC变流器柔性互联的直流微电网群可接受功率调度指令,实现多模式最优运行。最后,搭建两直流微电网柔性互联实验平台,实验结果表明本文所提出控制策略能够实现直流微电网群功率协调控制。