串并联型海上风电场机组均压控制

针对串联型风机簇产生弃风的问题,在直流侧添加基于超级电容的储能单元,并在串联簇中设置一台参考机组,通过控制双向DC/DC变换器的吸收、释放电能,使同串联簇中除参考机组之外的其他机组向直流汇集母线上输出的功率相同,使直流风机风电功率和风机出口电压一致,实现基于超级电容储能的直流机组的均压控制,以此减少直流风机串联簇各机组间的风电功率差,降低弃风率。针对传统两相DC/DC变换器电感电流纹波大,两相电流不均衡等问题,采用了一种移相均流控制策略。最后,在Matlab/Simulink搭建了仿真模型,仿真结果验证了所提出的策略的有效性。

基于级联式整流电源的恒流均压控制方法

针对电磁探测的大功率电磁场激发需要,文中采用输入并联输出串联的级联式整流电源,提高输出电压等级,保证激发功率。为了满足电磁探测过程中输出电流的稳定性,提出了基于双闭环的恒流均压控制算法。分析了级联式直流电源恒流均压输出的原理,建立了电源的数学模型,设计了电压电流环的控制器,在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型并通过控制器参数优化从而降低误差。级联式直流电源由于上下两部分可能存在器件参数不同的情况,这就导致在恒流控制下两级电源输出电压不同,在动态情况下的偏差会更大从而引起器件不均压而损坏,因此在考虑控制恒流输出的同时需要加入控制均压输出。通过对输出电流电压进行采样,经控制器转换为相应的脉冲触发所对应的开关器件从而实现恒流均压输出。仿真结果显示输出电流控制在2 A,电流变化在5%以下。

变拓扑LLC变换器的均流均压控制研究

隔离型变换器在新能源汽车充电和服务器电源得到广泛应用,传统LLC谐振变换器虽然具有高效率和高功率密度等优点,但传统LLC变换器在重载区的升压增益能力有限。提出一种变结构LLC变换器拓扑,通过分析变频控制加辅助移相补偿的工作原理来了解变换器的工作特性。并以此为基础进行参数和控制设计,使其能达到LLC谐振变换器的软开关特性和宽输出电压范围内连续调节的能力。最后设计了一台实验样机,验证了LLC变换器具有良好的宽输出电压范围能力,且串并联切换能实现均流均压控制目的。

模块化多电平换流器的子模块电容电压分层均压控制法

为了提高高电平模块化多电平换流器(MMC)均压控制的排序速率和降低换流器的开关损耗,提出了一种适用于高电平MMC的子模块电容电压分层均压控制法。首先,根据桥臂电容电压最值确定电压分层容器,并根据排序的计算复杂度和均压控制效果对分层数进行讨论;然后,根据电容电压大小将子模块放入对应的分层容器,根据桥臂需投子模块个数和桥臂电流方向进行优化排序,确定各子模块的投切;最后,引入容器重新划分判据以减少计算量,即如果任一一个投入子模块的电容电压变化值小于容器的电压间隔,则不重新分层。PSCAD/EMTDC中21电平MMC系统的仿真结果表明,提出的均压控制法能够提高均压控制排序的速率和减少不必要的容器内排序,同时降低绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的开关损耗。

单相半桥三电平并网逆变器中点电压不平衡机理及其均压控制策略

针对半桥逆变器的中点电位不平衡问题,以电流控制型三电平半桥并网逆变器的闭环模型为研究对象,给出半桥逆变器中点电位不平衡机理,根据已有文献分析的电感电流初始角度不可控和PI控制器对于交流量存在调节静差相结合,理论推导得到调制波存在直流分量,最终导致输入电容中点电位不平衡。分别从控制电感电流初始角度和选择合适电流调节器的角度出发,提出两种半桥逆变器输入电容中点电位平衡的控制方法:①采用PI调节器,近似控制电感电流初始角度θL0=90°并反馈电感电流直流分量进行补偿均压控制;②采用准PR控制器替代PI控制器作为闭环控制器,消除调制波的直流偏置。仿真和实验结果表明,提出的两种均压控制方法可实现中点电位的平衡,且无需增加硬件成本。

高压IGBT串联均压控制电路阈值电压设计方法

绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)器件具有耐压高、开关速度快、易驱动等优点,在电力电子变换器中应用广泛。然而目前单个IGBT器件的电压等级与容量不能满足大容量变换器的需求。应用高压IGBT串联技术是提升电力电子变换器电压等级与容量的一种有效方法。高压IGBT串联技术的关键问题是保证瞬态过程中的电压均衡。门极均压控制电路可以有效抑制串联IGBT的瞬态电压不均衡。该文介绍了一种门极均压控制电路的工作原理,综合考虑开关瞬态过程中换流回路杂散参数与续流二极管正向恢复特性的影响,提出了该电路的关键参数阈值电压的设计方法,可应用于多电平、多管串联的电力电子变换器系统中,并通过实验对该设计方法的实用性进行了验证。

三电平中点钳位变换器电容电压自平衡机理与均压控制策略

三电平中点钳位(3L-NPC)半桥拓扑输入端为电容串联结构,由于电路的非理想因素,存在电容电压不均衡问题。文中根据推导出的3L-NPC半桥等效电路,从时域角度详细分析了电容压差与电容电流的关系,表明3L-NPC具有自平衡特性,且其自平衡电流主要来自于负载电流的直流分量。基于此总结出2类均压控制策略:第1类,采用传统比例—积分或比例—谐振等调节器,加入特定变量反馈,以恢复3L-NPC自平衡特性;第2类,采用不破坏3L-NPC自平衡特性的调节器。根据第2类均压控制思想,提出了采用准谐振调节器的均压控制策略,可简化系统控制,降低系统成本。此外还给出了具备自平衡特性的双环控制方案,改善了系统的响应速度。仿真与实验结果证明了理论分析的正确性。

级联H桥变换器的均压控制方法的研究与实现

并网级联拓扑可将H桥变流单元级联以实现低压器件的高压运行,是高压并网设备的理想拓扑选择,但是由于链节增多,链节均压问题为级联拓扑的实际应用带来困扰,且一直都是级联拓扑研究的热门问题。在此分别针对直接电流控制与间接电流控制的控制特性,提出一种叠加矢量的上层均压控制方法,在保证装置链节总电压平稳的基础上,通过在指令信号上叠加与变流器同相位的有功分量实现各链节的均压调节,并通过矢量分析给出了均压控制的具体实现过程。最后搭建了低压实验平台,分别针对直接电流控制与间接电流控制方式进行实验验证,经验证此处所提出的均压策略可行,且具有一定的工程价值。

基于载波移相的MMC电容电压均压控制

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)多用在海上风力发电系统中。文章提出一种基于载波移相的闭环控制策略,解决了MMC子模块电容电压的不平衡问题。在基于多个子模块级联的MMC电路系统中,对MMC的每个子模块(Sub-Module,SM)都设置独立的电容电压均压电路。通过控制闭环电路的调制波来控制MMC子模块的投切,从而达到MMC电容电压的均衡。在Matlb/Simulink中搭建了仿真模型,仿真结果验证了所提控制策略能够真实、有效地实现MMC系统中电容电压的均衡控制。

三相四线APF直流侧的T-S模糊均压控制

电容分裂中点式三相四线有源电力滤波器(APF)是解决三相四线电力系统谐波治理的有效方法,由于直流侧两组电容电压需要单独控制,增加了均压控制难度并直接影响补偿的效果。分析了该APF的电路拓扑,采用T-S模糊控制的方法对电容分裂中点式三相四线APF的直流侧均压控制进行建模,将直流侧两组电容电压分别作为输入前件变量,对电源电流实施反馈控制。设计的T-S模糊反馈控制器使APF直流侧两组电容电压实现自动均压,满足了APF对负载谐波的补偿控制要求。仿真及实验结果验证了所建立T-S模糊均压控制模型的有效性,APF直流侧两组电容的电压保持均衡,具有较高的稳态精度和良好的动态性能。

基于子模块电容电压分块的MMC直流均压控制法

针对模块化多电平换流器在均压控制方面排序慢,开关动作次数多,以及换流器损耗大的问题,提出一种提高MMC的电容电压分块均压控制方法.依据桥臂电容电压极值来确定分块组合个数,用排序的复杂度和电压均衡效果来确定分块的多少,将不同大小的电容电压子模块放入不同的分块组合中,然后根据需要投入子模块的数目和电流方向进行优化排序,改变子模块的投入和切除状态.在PSCAD/EMTDC中21电平的MMC仿真结果显示,提出的均压方法加快了均压控制的排序,同时利用IGBT使换流器的开关损耗得到了降低.

改进的级联STATCOM直流侧均压控制策略

针对级联静止同步补偿器(STATCOM)直流侧各H桥模块因损耗差异易产生电压不平衡的问题,在分层控制及能量交换思想的基础上,提出一种改进的相间及相内均压控制策略。在全局稳压控制所得的调制波基础上,通过在相间、相内均压控制时分别叠加一个与有功电流方向平行的误差分量,使触发角微小相移,从而使能量在各相、各H桥模块之间合理分配,达到均衡相间及同相各H桥模块直流侧电压的目的。仿真结果表明,所提方法可以有效均衡STATCOM直流侧相间、相内电压。

基于MMC排序均压控制策略的研究

论文针对传统的模块化多电平换流器子模块排序均压控制方法所出现的开关频率高、损耗大等诸多问题,作者从子模块选择过程及排序算法角度出发,提出一种新的排序均压控制方法,即基于BFPRT算法来实现快速排序。在PSCAD/EMTDC仿真环境下对此方法进行验证,结果表明,根据系统参数选择合适投切置换变量可实现提高排序效率、降低开关频率的效果。

模块化输入串联输出独立辅助电源系统及其输入均压控制策略

提出一种模块化辅助电源系统,可用于对输入串联输出并联(ISOP)或输入串联输出串联(ISOS)主电路系统各模块进行供电。电源采用输入串联输出独立的连接方式,采用这种连接方式的辅助电源系统能够使各模块集成到主电路系统各模块当中。针对ISOI系统所面临的输入均压问题,提出一种新型主从式输入均压控制策略,该策略可以使ISOI系统各个模块在控制上无互联,真正实现了组合系统的模块化设计且控制器设计过程简单。分析该控制策略的稳定性,给出控制器的设计过程并讨论系统各模块输出电压之间的关系。最后通过一台辅助电源样机验证了所提系统结构及控制策略的有效性。

基于电压收敛性预测的MMC低开关频率均压控制策略

随着基于模块化多电平换流器(modularmultilevel converter,MMC)的柔性直流输电技术逐渐向高电压等级、高传输容量发展,MMC子模块数量迅速增加,由此带来换流器运行效率低下的问题日益凸显。为实现MMC内部悬浮电容能量均衡,传统均压算法控制下的各桥臂子模块高频投切,会产生大量无效开关损耗。针对这一问题,提出一种低开关损耗的MMC调控方法。首先,基于MMC运行原理,推导了子模块投切、轮换与电容电压暂态增量的数学关系,从而提出对电容电压序列收敛性的预测方法。基于此,提出一种改进的低开关频率均压控制策略。该策略根据对桥臂内子模块电压序列的收敛性的预测结果,在每个离散控制周期初始时刻动态调控子模块轮换数,以消除非必要的子模块轮换。与现有均压策略相比,该策略能在不降低均压效果的前提下,有效降低开关频率,有助于提高系统的运行效率。基于实际柔性直流输电工程参数,在PSCAD/EMTDC上搭建仿真模型,对所提出改进型方法和现有低开关频率控制方法进行了对比验证。

基于温度的MMC变流器均压控制方法

为了提高MMC变流器的可靠性,在传统均压控制的基础上引入了热平衡控制,通过控制子模块的投切过程以减少子模块温度波动,实现MMC变流器可靠性的改善。针对子模块温度的估算,提出了以IGBT模块的福斯特热网络模型为基础的子模块温度计算方法,在电压均衡和热平衡控制过程中选择需要投切的子模块,通过减少不必要的子模块投切动作以降低子模块温度。采用Matlab/Simulink仿真平台对该控制方法进行验证,并将其验证结果与传统均压控制的温度波动和均压效果进行比较分析。结果表明该控制方法可有效降低器件温度波动,提高变流器的可靠性,具有较好的实用性。

特高压混合式MMC低全桥配比下单阀组投退过程中的均压控制

低全桥子模块配比的混合式模块化多电平换流器(modular multi-level converter, MMC)应用于高低阀组拓扑结构的特高压柔性直流系统时,在单阀组在线投入/退出过程中存在半桥子模块持续充/放电引起的子模块电压不均衡问题,严重影响系统安全。通过详细的理论分析,指出阀组投入/退出过程中桥臂电流不存在过零点是导致半桥子模块持续充放电问题的本质原因。为此提出了基于环流注入的单阀组投/退过程中的均压控制,在阀组投退期间控制MMC产生一定的相间环流,人为创造正负交替的桥臂电流,为半桥子模块充、放电提供条件,并具体分析了注入环流的幅值和相位。最后,基于Matlab/Simulink进行了仿真,仿真结果论证了基于环流注入的均压控制策略的有效性和可行性。

基于BFPRT算法的MMC改进均压控制策略研究

针对传统的模块化多电平换流器子模块排序均压控制方法所出现的数据排序运算效率低、开关频率高、损耗大等问题,从排序算法和子模块选择过程两方面出发,提出一种新的排序均压控制方法,即利用BFPRT算法改进常规快排,采样数据采用部分排序方式,减少排序运算量,大幅提高运算效率;改变子模块选择方式,提出引入投切置换变量,赋予投入组与备用组中部分子模块一定的投切状态保持能力,减少器件开关次数,降低开关频率;最后在PSCAD/EMTDC仿真环境下对该控制方法进行验证。仿真结果表明,该控制方法可实现提高排序运算效率、降低开关频率的效果。

LCC-MMC特高压混合直流输电系统高低压阀组均压控制策略

整流侧为LCC、逆变侧为MMC的LCC-MMC特高压混合直流输电系统的换流站由高低压阀组串联形成,当系统采用“LCC定电流控制/MMC定电压控制”和“LCC定电压控制/MMC定功率控制”两种控制策略时,分别存在整流站LCC和逆变站MMC的高低压阀组直流电压和有功功率不平衡的现象。提出了高低压阀组之间存在的不平衡电流和阀组电压未直接受控是导致阀组间直流电压不平衡的原因,并分析了不平衡现象的机理过程。对此提出了基于高低压阀组实际电压与额定电压偏差修正控制目标的均压控制策略,使得阀组间直流电压能够得到均衡控制。最后在PSCAD/EMTDC平台上对提出的均压控制策略进行了有效性验证。

基于推挽拓扑的输入并联输出串联直流变换器及其输出均压控制策略分析

在输出高电压场合,将较低的输入直流电压变换为较高的直流电压输出。输出端由于存在高压使得输出端器件承受较大的电压应力,存在变换器次级电压偏高、整流二极管电压应力大以及反向恢复时间长等问题。基于此问题,提出以推换变换器为基本单元,采用多个基本单元推换变换器构成的输入串联输出并联变换器。为了确保该变换器系统的稳定可靠,从能量守恒的角度出发,分析了该变换器中各模块的输出均压之间的关系,给出了输出均压的实现条件。通过建立系统小信号模型,推导出系统的实现条件,最后经试验验证了理论分析的正确性。