模块化三相光伏逆变器及其分布式自适应升压控制策略

针对现阶段级联H桥二倍频电压纹波和功率失配所带来的一系列问题,提出一种基于四端口LLC的模块化三相光伏逆变器拓扑结构,可从根本上解决相间功率失配的问题,同时该拓扑能够抑制系统直流母线电压上的二倍频电压纹波。总结分析相内功率失配问题形成的本质原因,并提出一种分布式自适应升压控制策略,以提高系统应对相内功率失配的能力,扩展系统的稳定运行范围。分布式控制架构可减少各模块间的信息交互、降低控制系统的复杂性。仿真和实验验证了所提拓扑结构及控制策略的有效性。

一种新型的通用单/双正激型直流变换器电路仿真平均模型

提出了一种新型的单 /双开关正激式 (Forward)直流变换器的电路仿真平均模型。这种模型可通过输入参数的选择实现对Forward电路的电压控制 ,峰值及平均电流控制 ,以及对DCM -CCM工作方式的自动转换。这是一种实用的仿真模型 ,可方便地进行稳态和动态分析。在保证准确的基础上 ,大幅度地提高了仿真速度 ,较之用实际器件开关电路的仿真速度高 2～

宽输入范围、全范围ZVS的高效率BBLLC-LLC混合变换器的DCX工作模式研究

在新能源发电占比不断提高的当下,一个具有高效率宽输入范围的大功率变换器的提出十分有必要。在现有研究的基础上,提出了由Buck-boost LLC和LLC-DCX两个变换器共同构成的Sigma结构变换器,能够很好地实现高效率、宽输入范围的需求。Buck-boost LLC通过桥臂集成能够有效地减少元器件同时降低损耗,但是其Buckboost电感上流过的是全部输入电流,在大功率场合这会造成很大的损耗。因此采用Sigma结构和部分功率传输的理念,减小了Buck-boost LLC变换器所产生的损耗。最后实验证明了所提出拓扑优越的调压特性和高效率。

基于扩展移相控制的高频DAB变换器ZVS控制方法

双有源桥(Dual Active Bridge,DAB)在需要高效能量双向流动的工作场景有广泛的应用。在高开关频率工作时,变换器开关器件结电容充放电时间无法忽略,导致扩展移相控制下DAB零电压开通(Zero Voltage Switching,ZVS)范围断续。通过分析扩展移相控制下双有源桥DC-DC变换器工作模态,建立高开关频率工况下DAB变换器数学模型,提出一种利用磁化电流扩宽ZVS范围的方法。在此基础上,结合电感电流应力优化算法,提出一种适用于高频工况应用的电流应力优化下的软开关控制策略。采用该控制策略,可以有效减小导通损耗,消除开关损耗,显著提升高开关频率下的变换器效率。搭建400 kHz实验样机,验证控制策略有效性。

基于GARCH模型的IGBT寿命预测

绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)在新能源并网、电力传输等领域中得到了广泛应用,其可靠性引起了人们关注和重视。针对IGBT模块的可靠性分析和剩余使用寿命问题,文中提出一种利用加速老化数据对IGBT模块老化模型建立方法,并利用建立的老化模型对IGBT模块的剩余使用寿命进行预测。首先介绍IGBT的失效机理,结合现有的加速老化数据,确定的以集电极-发射极通态压降作为剩余使用寿命预测依据。建立基于GARCH模型的IGBT老化寿命模型,通过3组IGBT模块加速老化数据对剩余寿命预测,验证所提方法的有效性。

适用于海上风电送出的DR-MMC混合直流电网自适应下垂控制策略

由低成本、小体积和高功率密度的不控整流(diode rectifier,DR)和小容量模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)组成多端混合直流电网综合了两类换流器的优点,可以实现海上风电无辅助设备的黑启动和功率灵活传输,是未来深远海风电送出方式的一个重要发展方向。首先基于交直流潮流数学模型,分析了海上MMC在定电压/频率(V/f)和固定系数下垂控制的稳态运行外特性。为降低海上MMC的容量需求和风功率波动下的海上交流电压波动范围,提出了自适应下垂控制策略,进一步充分发挥海上MMC调控能力和DR的高效有功传输特性。最后,通过PSCAD/EMTDC构建的海上风电送出DR-MMC混合直流电网算例,证明了所提控制策略的有效性和优越性。

一种适应于两级直流配电系统的光伏直流变换器及控制策略研究

针对高渗透率光伏接入的直流配电系统,分析确定光伏直流变换器的各系统参数要求,并结合最大功率跟踪、转换效率、系统配电效率和可靠性等方面的要求,对变换器的拓扑结构进行研究,确定系统构架方案,实现易扩展、可配置、易故障隔离,具备宽特性分布式接入能力,适用于不同的功率等级和应用场景;以LVDC为变换器前后级的功率解耦总线,提出离并网条件下光伏端、储能端和输出端的多端口功率协调控制技术及LVDC和MVDC两级直流母线的能量控制策略,对光伏多端口直流配电系统的研究与推广具有指导意义。

ISOS-DAB系统电压上翘控制策略研究

实现模块间的均压均流是保证模块串并联系统正常运行的关键,针对现有均压控制策略大都模块化程度低的问题,将输出电压上翘控制引入输入串联输出串联-双有源桥变换器(Input Series Output Series-Dual Active Bridge,ISOS-DAB)系统.首先,在DAB变换器小信号建模基础上,结合ISOS拓扑关系和上翘控制,对ISOS-DAB系统进行完整的小信号建模,分析了控制原理及系统稳定性.其次,通过PSIM软件分别对采用校正前后的上翘控制的ISOS-DAB系统进行了仿真分析.最后,设计了两模块ISOS-DAB系统样机,进行了输出电压上翘特性、输入电压突变和负载突变的实验验证.结果表明:仿真和实验结果均验证了本文理论和上翘控制在ISOS-DAB系统中的有效性与稳定性,上翘控制能够保证ISOS-DAB系统在无互联通信条件下实现模块均压,提高了该系统的模块化程度.

一种共地型低开关纹波光伏微逆变器

提出了一种只包含3个开关的单相非隔离光伏微逆变器拓扑结构。该逆变器为交流侧和直流侧共地的拓扑,从而完全消除了共模漏电流。针对该拓扑还提出了一种调频控制策略,以抑制逆变器直流侧的2倍频功率振荡。此外,在该逆变器的交流侧配置一个小容量的单电感滤波器。将滤波电感与该逆变器的内部电感进行磁集成,以构建纹波转移通道,并通过合理设计耦合系数即可将滤波电感上的开关电流纹波转移至该逆变器的内部电感,进而有效抑制并网电流的纹波。最后,搭建了额定功率为420 W的实验室样机,验证了所提逆变器的有效性。

海上风电多类型直流送出系统拓扑经济性分析

相比于柔性直流输电(VSC-HVDC)送出方案,送端采用不控整流器(diode rectifier,DR)的DR-HVDC方案具有损耗低、体积小和成本低的优点,是未来海上风电送出技术的重要发展方向之一。为了解决黑启动和海上交流电压调控问题,现有的DR-HVDC拓扑主要采用海上平台装设储能、系统增加交流联络线路、送端换流站并联VSC三种方案。以深远海海上风电送出为背景,对上述三种DR-HVDC拓扑方案进行了经济性分析,并与VSC-HVDC方案进行比较。采用了全寿命周期成本分析(life cycle cost analysis,LCCA)方法,建立了上述四种送出方案的经济性分析模型,并对各方案的离岸距离、装机容量、上网电价以及有效工作时长等因素进行单一变量分析。结果表明,相比于VSC-HVDC,DR-HVDC送出方案的换流站成本、运行损耗和维护成本均显著降低。同时,随着海上风电容量和输送距离的增加,采用送端并联VSC和送端储能的DR-HVDC方案的经济性优势更加明显。因此,DR-HVDC送出方案在海上风电并网中具有广阔的应用前景。

基于CascadeR-CNN算法的输电线路小目标缺陷检测方法

输电线路无人机航拍图像缺陷识别是维护线路安全运行的重要巡检手段,但目前的识别算法对于销钉、螺母等小目标缺陷存在识别精确度低、易漏判等问题。将Cascade RCNN算法应用于输电线路缺陷检测中,利用ResNet101网络进行特性提取,增强的网络的特征提取能力,并利用多层级联检测器对输电线路小目标进行判别和分类。基于无人机航拍图像数据集进行实验,实验结果表明,相比于Yolov3检测器和Lighthead R-CNN检测器,Cascade R-CNN算法提高了小目标缺陷检测中的召回率和精确度。

基于阵列自举驱动的高功率密度单相飞跨电容逆变器

高效率、紧凑化的单相逆变器在光伏、电动汽车领域有广泛的应用需求。飞跨电容多电平逆变器可以显著减小无源滤波电感的体积,着重分析了功率器件的损耗特性,明确了多电平电路的效率优势,并说明了采用硅基器件的可行性。针对传统级联自举驱动存在的驱动电压跌落问题,提出了一种阵列自举驱动电路。该电路利用多电平电路的固有特性,构造了阵列自举二极管网络,从而为高端驱动器提供低压降的辅助充电回路,缓解了电压跌落问题,保证了变换器高效、可靠运行。最后,设计了一台1.2 kW的实验样机,逆变器级峰值效率为98.6%,功率密度约为0.003 W/mm^(3)(50 W/in^(3)),验证了分析设计的有效性和合理性。

基于GaN-Si器件混用的大功率无人机电机驱动软开关变换器

无人机电机驱动变换器的效率、重量和体积直接影响无人机的续航能力。提出了一种基于GaN-Si(gallium nitride-silicon)器件混用的大功率无人机电机驱动软开关变换器,可以在全负载范围内实现所有Si-MOS管零电压开通,减少开关损耗。利用GaN器件高速开关特性,可大大减少辅助换流电感,使得软开关辅助电路工作时间短、损耗小,充分利用了氮化镓器件开关性能和硅器件导通性能优势。提出了一种负载自适应软开关控制策略,可显著降低换流电感电流的有效值,从而提高效率。详细分析了变换器的工作原理、参数设计考虑以及辅助电感电流控制等,并在此基础上设计制作了1台10 kW实验室样机,样机功率密度达到71 W/cm^(3),峰值效率达到99.25%。实验验证了该基于GaN-Si器件混用的软开关变换器的性能。