适用于ISOP拓扑的DC/DC变换器研究

在交直流混合微电网和电力电子变压器等领域,由于电压较高、功率较大,通常采用ISOP拓扑进行能量的双向传递,本文研究适用于ISOP拓扑的双向LLC谐振DC/DC变换器,采用H桥2个桥臂驱动脉冲移相的方式,解决变换器预充电电流过冲的问题;对于组成ISOP拓扑的变换器之间的移相特性进行了分析与计算,对ISOP拓扑双向传输能量的均压及均流特性进行了分析与设计;采用均压电阻实现ISOP拓扑串联侧的稳态均压,并对双向LLC谐振DC/DC变换器的谐振网络进行了分析与计算;最后研制出由20个双向LLC谐振变换器组成的ISOP拓扑,对文中提出的设计方法进行验证,试验证实变换器移相启动过程中无电流过冲、并实现了基准桥臂的ZVS和移相桥臂的ZCS或者准ZCS,而且变换器组成ISOP拓扑的动态和静态的均压均流满足要求。

适用于ISOS拓扑的高压DC/DC变换器研究

在电力电子变压器和直流配电网等领域,需要采用DC/DC变换器双向传输能量。为了适用不同电压等级电网,研究适用于ISOS拓扑的双向DC/DC变换器,采用双向LLC谐振实现能量双向流动时开关器件的ZVS和准ZCS,使用均压电阻实现系统的稳态均压。首先描述双向LLC谐振变换器的工作波形,然后采用基波分析法对电路的增益特性进行分析。将适用于ISOS拓扑的增益特性及软开关的实现条件作为双向LLC谐振网络设计的依据,并对高频隔离变压器和ISOS拓扑的均压电路进行分析与设计。最后研制2个6.25 k W的变换器,对所提出的设计方法进行验证。试验证实变换器能够实现能量双向传输时开关器件的ZVS和准ZCS,并且能量双向流动时变换器具有相同的增益特性,同时变换器的串联不均压度小于3%。

10 kVMW级电力电子变压器设计方案

电力电子变压器(PET)在具有传统变压器变压和隔离等基本功能的同时,还具备功率灵活可控和可进行无功补偿等优势。通过对电力电子变压器拓扑结构和功能的分析,针对中低压交直流混合智能配电网领域,提出了一种10 k VMW级的电力电子变压器的设计方案,其中高压侧AC/DC变换器采用MMC换流器,DC/DC变换器由输入串联输出并联的LLC谐振型双向全桥DC/DC变换模块组成;给出了AC/DC和DC/DC变换器中主要元器件的设计,结合应用场景设计了PET的运行模式以及各部分的基本控制策略。所提出的设计方案可实现中压交流、中压直流、低压直流以及低压交流的多级变压、网络互联以及能量的多向流动,实用性强,在中低压交直流配电网中具有一定典型性,对工程设计有重要指导意义。

一种IGBT串联功率模块的设计

均压控制技术是IGBT串联应用的关键。提出将IGBT的均压过程分为开通动态过程、关断动态过程、拖尾电流阶段和稳态过程均压4个阶段。动态过程采用了门极补偿电容网络;针对拖尾电流衰减时间常数不一致的特点,给出了RC均压回路中吸收电容的计算公式;稳态阶段采用了并联均压电阻。在此基础上设计了一种IGBT串联功率模块,进行了高压大电流下2个IGBT串联的均压试验。试验结果表明:当串联母线总电压为2 k V(单个IGBT最大峰值电压1.85 k V)、回路电流为2 k A时,所设计的IGBT串联功率模块能够实现开通关断周期的全过程均压,动态和稳态的电压不均衡度均小于5%。

±10kV光伏直流接入线路极间短路故障协调控制策略

为实现±10kV光伏直流接入线路极间短路故障发生后系统的快速稳定控制,避免不必要的停机操作,提出了基于故障过渡电阻判断的故障协调控制策略。首先,分析了故障过渡电阻对极间短路故障特性的影响,提取了故障电气量的变化特性;其次,利用故障清除前后电气量的变化特性,设计了故障时间分析方法,实现了故障暂时性和永久性的判断,并产生故障清除信号;接着,以不触发其他保护动作为原则,提出了暂时性故障的恢复方案,实现了系统恢复正常运行;最后,基于PSCAD/EMTDC搭建了±10kV光伏直流接入系统仿真模型,对故障协调控制策略进行了仿真验证。结果表明:提出的故障协调控制策略能够辨识暂时性故障,并在故障清除后实现系统的快速恢复,提升系统的可靠性。研究结果验证了所提故障协调控制策略的正确性。

光伏直流升压汇集系统断线故障特性分析

光伏电站采用直流汇集方式能够解决采用交流汇集方式时的宽频域振荡问题和线路损耗大的问题,但是现有文献对直流升压汇集系统的故障特性特别是断线故障特性研究很少。针对基于IPOS结构的直流升压变换器单元的光伏直流升压汇集系统,提出了系统断线故障发展过程中,非故障线路上存在故障电流的特性。首先,分析了非故障线路上故障电流产生的机理;其次,按照故障点位置的不同,对故障电流引起的系统电压电流变化特性进行了分析,并推导了故障电流的计算表达式;再次,从继电保护的角度分析了故障电流对直流升压汇集系统的影响;最后,基于PSCAD/EMTDC搭建了直流升压汇集系统进行了仿真,验证故障特性分析的正确性。

适用于光伏直流并网发电的DC/DC变换器研究

随着电力电子技术的发展,采用直流并网发电成为解决目前光伏交流电站稳定问题和提高整体效率的有效方案;本文研究适用于光伏直流升压系统的单向LLC谐振DC/DC变换器,输出侧采用倍压整流的方式减小变换器隔离变压器的变比;对变换器的稳定运行进行了模态分析,采用基波分析法对变换器的增益特性进行了研究;最后研制了65kW单相LLC谐振DC/DC变换器样机,对本文提出的设计方法进行验证,试验证实变换器实现了逆变侧IGBT模块的ZVS和准ZCS、实现了整流侧二极管的ZCS,变换器最高效率为98.2%,满足设计要求。