抑制开关电源特定次谐波的快速响应TLCL滤波器的分析与设计

为有效抑制开关频率及其倍数次的谐波,提出一种TLCL滤波器拓扑结构。该拓扑结构在满足谐波衰减的要求下,可以减小滤波器的总电感值和最大总储能,同时提升系统的动态响应。考虑高频下电感的集肤效应,其高频下等效交流电阻大于直流电阻,对电路进行解耦分析,推导得出一种使得并联谐振支路(Lfn-Cfn)损耗最小的参数计算方法。减小滤波器的总存储能量,是缩小电感电容体积的一种有效方法,通过分析陷波频率处谐振电感电容中的储能增加量和其它支路电感电容储能的减少量,证明了TLCL滤波器可以减小最大总储能量,从而可减小滤波器的体积。最后,以Buck变换器为例,分析基于TLCL滤波器的Buck变换器和传统LC型Buck变换器的工作特性,通过仿真与实验验证TLCL滤波器理论分析和参数设计的合理性。

零电压开关N型交错并联三电平双向DC-DC变换器

针对传统的两电平双向DC-DC变换器开关管电压应力较大和输入输出电流及电感电流纹波较大的问题,提出一种零电压开关N型交错并联三电平双向DC-DC变换器。该变换器采用两相三电平交错并联的结构,以开关管依次移相90°的方式导通,减小了输入输出的电流纹波和开关管的电压应力;通过变频软开关控制使该变换器在宽范围负载内能实现所有开关管的零电压开通(ZVS),提高变换器的工作效率。文中详细分析该拓扑结构的工作原理和数学模型,推导出电感电流纹波、输入电流纹波与占空比的关系。同时,在实现ZVS的工作状态下推导电感最小负电流、电感平均电流和开关频率之间的关系。最后,搭建50V/200V 650W的实验样机,对理论分析结果进行实验验证。实验中变换器的所有开关管均实现了ZVS且输入电流纹波几乎为0,其满载效率为96.85%。

面向10 kV/20 kV混合配电网的五端口电力电子变压器

针对传统电力电子变压器(power electronic transformer,PET)在10 kV/20 kV混合配电网中存在如缺少高压直流端口、可扩展性差和功率子模块个数较多等问题,以减少功率子模块个数并提升PET高压侧直流电压利用率为目标,并结合三相四桥臂模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)和三相六桥臂MMC的优势,提出一种新型的面向10 kV/20 kV混合配电网的五端口PET。该PET的优势在于:在实现将10 kV和20 kV电压等级互联的同时,可提供高压和低压直流端口,从而实现分布式能源的灵活接入;此外,可减少系统所需的功率子模块个数,提升高压侧直流母线电压利用率。最后,在MATLAB/Simulink中搭建五端口PET的仿真模型,仿真结果验证了所提PET拓扑结构和控制策略的可行性。

LCL滤波的光伏并网逆变器阻尼影响因素分析

并网光伏逆变装置越来越多地采用电感—电容—电感(LCL)滤波器,针对其固有谐振特性而采取的阻尼控制策略成为了研究热点。以LCL滤波器、逆变器、电网为整体进行建模研究,用无源阻尼和有源阻尼中最常用的虚拟电阻法,深入分析了逆变器控制行为和电网因素对阻尼效果的影响。研究结果表明,电网的非理想电压源特性、系统控制延迟等因素会影响阻尼性能。在此基础上提出了一种采用有源与无源阻尼相结合的控制方法,有效地减少了系统控制延迟的影响,保证了阻尼具有较好的电网参数适应能力。实验结果证明了所述方法的有效性。

LCL滤波的光伏并网逆变器有源阻尼与无源阻尼混合控制

通过建立LCL滤波的光伏并网电流控制内环模型,就电网电感对谐振频率、无源阻尼效果和电容电流反馈的有源阻尼效果三者的影响进行了分析。结果表明,电网电感能降低谐振频率,增强有源阻尼效果,削弱无源阻尼效果。结合有源阻尼受延迟等控制非理想因素影响较大、而无源阻尼不受此影响的特点提出了一种采用有源阻尼与无源阻尼相结合的混合阻尼策略,它对于电网电感和控制延迟都具有良好的适应性。混合阻尼设计中以阻尼系数为对象,以阻尼系统对电网电感的适应能力为设计目标,计算和校验电流反馈系数和阻尼电阻取值,给出了具体设计方法。设计实例的仿真和实验结果证明,该方法设计的阻尼可以稳定运行,并对弱电网具有良好的适应性。

基于能量平衡的降低模块化多电平变换器子模块电容电压波动控制策略

电容器是模块化多电平变换器(MMC)子模块的关键部件,降低子模块电容电压波动是提高电容器可靠性和降低变换器成本的双重要求。首先分析不同环流对MMC电容电压波动的影响,指出注入典型2次环流是降低电容电压波动和减少器件损耗较好的折中方案。然后,在介绍已有基于工频周期的能量平衡控制策略基础上,提出基于控制周期的能量平衡控制策略,在达到注入典型2次环流降低MMC电容电压稳态波动的同时又能取得较好的暂态性能。所提出的基于能量平衡的控制策略,与常规PI控制器相比避免了繁琐的参数整定过程,并适应各种工况。最后,通过仿真和实验验证了所提控制策略的有效性。

一种光伏逆变器用多路输出开关电源设计

设计了一种以UC3842为控制芯片的单端反激式光伏逆变器用多路开关电源,该电源具有9路直流输出,通过调节控制芯片输出脉冲的占空比以适应直流输入在较大范围内的变化,为光伏并网逆变器的开关器件驱动及控制电路提供稳定的直流电压。介绍并改进了电流型控制芯片UC3842的工作原理、外围电路和高频变压器的设计以及所采用的共模滤波电容和π型滤波电路等,旨在改善输出直流电压电能质量。样机试验表明,该电源输出直流电压纹波在可以接受的范围内,能够适应输入直流电压的大范围波动,为光伏逆变器长期运行可靠供电。

管道机器人三轴差速器性能测控系统

为了测试新研制机械自适应管道机器人的三轴差速器性能,根据测试要求,设计了基于ARM和FPGA的测试和控制系统。由ARM完成整个系统的控制和数据的存储,而FP-GA完成7路码盘信号的鉴相和计数。介绍了正交脉冲鉴相、FPGA多轴同步计数及其与ARM的接口、数据存储系统等部分的硬件电路设计。与传统的微控制器外扩专用计数芯片相比,ARM+FPGA的方案不但能够减少外围接线的复杂程度,提高系统的可靠性,降低功耗,还能减小控制系统的体积。通过实验验证了所设计的测试和控制系统达到了所设定的测试和控制要求。

三相四桥臂模块化多电平变换器控制方法研究

模块化多电平变换器(MMC)由于其模块化可扩展、效率高和输出电能质量好等优点在高压大容量的场合得到了很多应用.然而,MMC需要很多个子模块串联来实现高电压等级的功率变换,子模块个数多且成本高成为制约MMC广泛应用的关键因素.三相四桥臂MMC通过四个桥臂实现对三相交流系统的控制,可以减少变换器所需的总的子模块数以及相关的元件数,具有很好的应用前景.本文首先分析了三相四桥臂MMC的拓扑结构及其数学模型,然后针对三相四桥臂MMC的结构特点,提出了一种基于60°两相系统的三相四桥臂MMC的控制策略.通过引入dq到AB的坐标变换Tdq/AB,实现了三相四桥臂MMC对电流的控制.在此基础上,增加内部电压控制和内部电流控制从而构成针对三相四桥臂MMC的完整控制结构.本文通过搭建三相四桥臂MMC硬件平台,实验验证了所提控制策略的有效性.

基于LCL集成滤波器的单相AC-DC变换器

提出一种采用LCL集成滤波器结构的单相AC-DC变换器,在减小滤波器体积的基础上,进一步集成了共模滤波,可降低共模电磁干扰.设计了基于全状态反馈控制模型的电流环来抑制LCL滤波器在谐振频率点的震荡,保证控制的稳定性,并提高整流器响应带宽.使用卡尔曼状态观测器,在不增加外部传感器的情况下,获得状态反馈所需变量的最优估计值.电压环在比例积分(PI)控制器的基础上,通过直流侧功率计算得到交流侧电流前馈值,可在较小的PI参数下提高电压环的响应速度,从而降低直流电压二倍频波动对交流侧电流的畸变影响.变换器具有较高的响应带宽,还可作为主动滤波装置,滤除电网中的谐波电流.基于所提出的电路结构搭建了6k W的实验样机,通过仿真和实验验证了所提出电路及其相应算法的有效性.