基于堆叠滤波结构的高电压比低纹波隔离型DC-DC制氢变换器

氢能是未来新能源电力系统中一种重要的储能方式,DC-DC制氢变换器则是连接新能源系统直流母线和电解槽的关键设备。在制氢这种大电流应用场景中,现有的大电流DC-DC变换器拓扑通常难以兼顾高效率、高电压转换比和低输出电流纹波等指标要求。为此该文提出一种基于堆叠滤波结构的DC-DC制氢变换器,该堆叠滤波结构是简单的软开关电路,具有低功耗特点,可并联于变换器输出侧有源补偿输出电流纹波,使得纹波消除不再依赖繁重的无源滤波器和高开关频率,从而提升变换器效率。此外,提出一种半波导通控制方式,该控制作用于变压器二次侧的两相交错Buck电路,可有效提高变换器的电压转换比。分别对提出的制氢变换器的拓扑原理、控制方式、参数选取和性能进行了详细的理论分析,最后通过PSIM仿真和240 W/20 A的实验样机对DC-DC制氢变换器进行了验证。

一种应用隔离型DC-DC变换器的软启动方法

针对广泛应用于电力电子变压器、双向充电桩等的隔离型DC-DC变换器的启动电流冲击问题,提出一种简单的软启动方法。该软启动方法不增加额外的硬件,不修改原有控制逻辑和算法,只需在启动时,将两个H桥的左右桥臂方波的相位差从0°逐渐增加到180°,即可完成启动。而且,能量反向流动时,不需要修改程序和参数,仍然适用。这种方法可以有效地减小隔离型DC-DC变换器启动时刻的电流冲击和电压振荡。该方法具备很好的抗干扰能力,不需要复杂的模式切换,能真正实现无缝切换。最后,搭建了基于珠海泰为电子有限公司的FDSP的试验平台,验证了该软启动方法的有效性和可靠性。

一种全功率范围零电压开通的电流型双向隔离DC-DC变换器

针对传统电流型双向变换器存在的低压侧开关高电压尖峰和硬开关现象,提出一种可在全功率范围内实现实际零电压开通(ZVS)的电流型双向隔离DC-DC变换器。该变换器的一次侧Boost半桥能有效抑制开关管的高电压尖峰;二次侧为两个有源半桥并联,通过调整二次侧桥内移相角可改变实现ZVS的反向电流的大小。该变换器通过采用混合移相+脉宽调制(PWM)控制,可使所有开关管在全功率范围内实现实际ZVS。首先,介绍变换器的工作原理;然后,详细分析变换器的功率传输特性和软开关特性;最后,搭建一台30~60V输入、400V/2.5A的实验样机,验证了所提变换器及其控制策略的优势。

双PWM控制下三电平半桥隔离型双向DC-DC变换器的全局最小峰值电流研究

针对三电平半桥隔离型双向DC-DC变换器,提出了一种双PWM与移相结合控制(DPWMPS)的方法。通过对该控制工作原理进行分析,并以变压器两侧电压的相对位置为依据,归纳出系统运行的12种工作模式,并推导出每一种工作模式下的功率传输特性。在此基础上,该文提出一种电感最小峰值电流控制方法,能在电压配比m≤1的情况下实现稳态电感峰值电流全局最优。最后搭建实验平台,通过实验结果证明了该算法的正确性和有效性。

非隔离型防电流反灌技术在宇航领域中的研究与应用

同步整流模式控制的Buck变换器虽然提高了系统的工作效率,但是也带来了电流反灌现象,这种情况严重影响航天器二次电源系统的效率、寿命、安全性和可靠性。针对这一问题,该文设计并实现基于Buck电路的防电流反灌电路,该电路通过逐周期检测低端Mos管关断后,高端Mos管开通前这一死区时间内低端Mos管Vds电压的高低电平状态,来判断电路处于何种工作模式,进而控制低端Mos管的驱动电压,实现当电路处于强制电流连续模式(FCCM,Forced Current Continuous Mode)时,关断低端Mos管驱动的控制逻辑功能。仿真和实验结果表明,加入该防电流反灌电路后,可有效防止电流反灌现象,提高电路的可靠性和稳定性。

基于隔离型半桥变换器的退役电池组均衡方法

在梯次电池储能应用中,梯次电池间存在的较大不一致性使得电池组在充放电过程中更容易出现过充和过放现象,限制了电池组整体的可用容量甚至造成安全隐患。针对该问题,本文提出了一种基于隔离型双半桥DC-DC变换器的有源均衡电路。该均衡电路由N+5个开关(N为电池数目)构成的开关阵列和隔离型双半桥DC-DC变换器构成,保证了电路的灵活性。在主电路工作原理分析的基础上,进一步提出了一种基于SOC的分状态均衡控制策略,在电池组充电、放电和静置三种不同状态下,采用对应的均衡策略实现电池组能量平衡。最后对5节串联锂离子电池进行了均衡实验,实验结果表明相比不使用均衡器的电池组,该方法在静置、充电、放电状态下分别提升了12%,9.9%,17.5%的可用容量,证明了该方法的可行性及有效性。

面向LCC-HVDC与VSC-HVDC互联的DC-DC接口变换器拓扑与调制策略

为实现基于电网换相换流器的LCC-HVDC和基于电压源型换流器的VSC-HVDC之间的直流互联,提出了一种隔离型双MMC结构的互联DC-DC接口及其调制策略。为满足LCC-HVDC与VSC-HVDC在电压等级和工作原理等方面的差异性需求,互联接口在LCC侧采用全桥MMC结构,在VSC侧采用半桥MMC结构,两侧MMC之间通过中频变压器进行功率交换。针对该接口的应用场景,提出了准两电平调制策略及其子模块均压控制策略。接口工作过程分析表明,所提出的调制策略能够稳定传输功率,减小子模块承受的电压应力。对子模块能量交互过程分析表明,所提出子模块均压策略能够合理设置子模块移相角,有效维持子模块电容电压均衡稳定。同时给出仿真与实验结果,证明了所提出的接口及其调制策略的有效性与正确性。

基于差额功率转换的锂电池储能系统建模与可靠性分析

相较电池储能系统的传统全功率直流转换方案,差额功率转换拓扑构架可以降低功率变换器设计容量、成本及运行损耗,提升锂电池能量存储性能。现有文献对差额功率储能系统容量优化设计、数学模型、可靠性对比及电池充放电特性的深入研究较少。为此,文章通过量化分析锂电池电压范围实现差额功率变换器容量优化设计,建立稳态电路模型及频域模型分析系统可控性、动态特性及稳定性。在此基础上,建立可靠性模型,对比不同储能系统平均失效时间,评价可靠性差异。仿真结果表明,差额功率储能方案可靠性高于传统全功率直流转换储能方案。最终,研制基于全桥移相双向DC-DC变换器的24V差额功率储能系统样机,通过10A恒流充放电实验,验证差额功率储能系统动态特性及充放电运行稳定性。

光储联合运行直流微电网控制策略

为了更好地解决光伏系统的并网问题,提出了一种基于光储联合运行的直流微电网运行控制策略。首先构建了光储联合运行的直流微电网系统结构,该系统由光伏系统、储能系统、非隔离型DC-DC变换器以及高频隔离型DC-DC变换器组成。在划分系统6种工作模式的基础上,该策略可以在保证直流母线电压稳定的前提下,通过实时检测并对比光伏输出功率与负荷需求功率来确定储能系统的工作状态,即采用储能系统来作为直流微电网的松弛节点,从而保证直流微电网系统的稳定运行。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真软件验证了该系统以及运行控制策略的有效性,针对核心器件高频隔离型DC-DC变换器进行了样机实验研究,实验结果证明了理论分析的正确性。

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。

适用于直流微电网的开关电容接入式双主动移相变换器

提出了一种适用于直流微电网的开关电容接入式双主动移相变换器的拓扑结构,当变换器的高低压侧直流电压之比与高频变压器的物理变比不匹配时,通过增加高压侧全桥的直通状态,可以实现高频链环节的电压匹配,具有简单且易实现的优点。另外,当发生直流侧的短路故障时,可以实现直流开关功能,快速切除故障并且在故障消失后可以快速恢复运行,提高了系统的可靠性。对所提拓扑结构的电压电流特性、换流行为和控制策略进行了分析,在此基础上,分别通过仿真分析和实际样机的物理试验验证了所提拓扑的正确性和实用性。

无轨电车安全相关国家标准的问题及其根源

针对现有无轨电车安全相关标准GB 13094—2017在执行中存在的问题,寻找其根源并提出解决方法,以促进无轨电车新技术的发展。

基于模块化多电平换流器的多端口交直流变换器仿真研究

模块化多电平换流器是一种高模块化的、高集成度的电力电子换流拓扑结构,具有一个交流端口和多个直流子模块端口,通过适当的改造能够应用于直流源荷(如电动汽车、交直流微网、退役储能电池等)的大规模集群接入电网。电动汽车、交直流微网以及其他直流源荷与模块化多电平换流器直接连接会影响模块化多电平换流器的安全运行,增加控制难度,为此引入隔离型双向DC-DC变换器(IBDC)作为模块化多电平换流器的子模块和直流源荷之间的隔离环节,形成基于模块化多电平换流器的多端口交直流变换器(MMC-IBDC)。本文在分析MMC-IBDC工作机理的基础上,针对大规模直流源荷接入电网提出了三层控制策略并设计了相应的控制器,根据不同的应用场景考虑了两种工况进行仿真分析,PSCAD/EMTDC中的结果验证了MMC-IBDC拓扑结构的合理性及其控制策略的有效性。

铁路车辆用电力电子变压器的技术动向

变压器是交流电压转换必不可少的装置,在降低重量和减小体积上仍有改进的余地,特别是低频变压器,其体积较大。如今,半导体技术的进步使变压器能够在任意频率下工作,其体积变小、重量变轻。上世纪90年代左右,日本采用半导体技术研发的电力电子变压器用作辅助电源装置的隔离型DC-DC变换器,2000年以后欧洲开发了用于主回路的电力电子变压器。介绍几种电力电子变压器,抛砖引玉,以期待未来能够促进这种技术的进一步发展。