基于Matlab/Simulink的AC-AC调压电路仿真研究

【目的】AC-AC调压电路较为常用,但原理较为复杂。为研究其特性,有必要对AC-AC调压电路进行仿真研究。【方法】分别对两种典型的AC-AC调压电路(单相交流调压电路和斩控式交流调压电路,的拓扑结构、工作原理、仿真波形进行介绍和分析,并对两种电路的波形和总谐波畸变率(THD)进行对比。【结果】通过波形对比发现,斩控式的调压电路的波形更为平滑,更符合实际应用的需求。但斩控型调压电路的谐波分量较为严重,总谐波畸变率(THD)过高,因此考虑使用LC滤波电路对电路的波形进行滤波。【结论】通过选取合适的电感和电容参数改进THD的数值来降低谐波分量,最终使电路达到实际并网中要求的THD低于5%的使用需求。

Buck型AC/AC直接变换器

新颖Buck型AC/AC直接变换器使用了较少的功率器件实现单级功率变换和能量双向流动,利于提高变换器的功率密度和变换效率。本文给出了其工作模态和工作原理的详细分析,讨论了该变换器的两种PWM调制策略,并指出第二种调制策略可降低开关损耗。采用滞环电流控制的Buck型AC/AC直接变换器可对输入电压畸变进行有效抑制,保持输出电压高度正弦。仿真和实验验证了理论分析的正确性。

一种新型斩波AC/DC/AC变换的单相DVR

针对输入侧采用不可控整流AC/DC/AC结构的单相动态电压恢复器(DVR)输入侧功率因数低,谐波含量高等问题,提出了一种基于PWM斩波变换器的动态电压恢复器来补偿负载两端电压的跌落。该新型拓扑结构采用PWM斩波控制节省了直流侧电容,简化了滤波器设计,使输入侧线路中谐波含量降低,同时达到单位功率因数;电压检测采用单相信号构造成两相信号,利用瞬时无功理论对信号进行检测与处理,实时性高;搭建MATLAB/Simulink仿真和系统实验平台,验证其合理性和可行性。

四象限AC斩波电路大信号模型及纹波分析

为解决四象限交流斩波电路在无功负载条件下的建模和纹波计算问题,应用电路大信号理论建立了电路工作在CCM模式下的大信号模型。然后,根据大信号模型推导出电路的纹波计算公式。最后,为验证大信号模型和纹波计算公式的正确性,利用PSPICE软件对电路进行了仿真分析,并将仿真数据和理论计算进行了详细对比。实验结果证明,由大信号模型推导出的纹波计算公式具有相当高的精度,可用于四象限交流斩波电路的控制和纹波估计。

Boost型AC-AC直接变换器

介绍了一种新颖的Boost型AC-AC直接变换器。该AC-AC直接变换器通过将BoostDC-DC变换器的开关管双向化得到,可实现单级升压AC-AC直接变换和能量双向流动。给出了其工作模态和工作原理的详细分析。传统交流斩波器大多采用等占空比方式的有效值调节,不能对输入畸变进行有效抑制。讨论Boost型AC-AC直接变换器的双环控制策略,可对输出波形进行动态调整。仿真验证了以上分析的正确性。

斩控式AC-DC-AC变换在交流稳压电源中的应用

针对传统AC-DC-AC交流稳压电源输入谐波大、功率因数低和体积大等问题,设计了一种基于PWM斩控式AC-DC-AC变换的单相交流稳压电源。该拓扑结构电源同传统AC-DC-AC相比,节省了直流侧电容;由于采用PWM斩波控制,滤波器设计简单,线路中谐波含量低,输入侧达到了单位功率因数要求。电压、电流检测采用单相信号构造成三相信号,利用瞬时无功功率理论对信号进行检测与处理,实时性高。系统采用电压电流双闭环控制,提高了精度和稳定性。对系统进行了MATLAB/simulink仿真并且搭建硬件平台,验证了该结构和控制方法的可行性。

AC斩波器—Semihex^(TM)接法单相电动机调速系统仿真研究

着重研究了AC斩波调压器在SemihexTM接法单相电动机中的应用,建立了AC斩波器—SemihexTM接法单相电动机调速系统的瞬态数学模型,对单相buck型对称PWM交流斩波调压器供电的SemihexTM接法单相电动机的瞬态特性进行了仿真计算,仿真结果与理论分析相符。对正弦波电源供电和AC斩波调压器供电的仿真结果进行了比较分析,所做的工作对AC斩波调压器—三绕组单相电容电动机调速系统设计有一定的工程实际意义和参考价值。

基于混合型Chopper电路的MMC-UPFC故障渡越方案

当交流系统发生短路时,基于模块化多电平控制器的统一潮流控制器(MMC-UPFC)串、并联侧MMC均会受到故障冲击,存在两侧换流器过流闭锁,MMC-UPFC完全退出运行的风险。对此,以交流系统发生最严重的三相短路故障为例,分析了MMC-UPFC串、并联侧MMC故障特性;在此基础上,借鉴风电场交流故障渡越的Chopper电路,并结合MMC-UPFC不同运行方式对故障特性的影响,提出了基于混合型Chopper电路的MMC-UPFC故障渡越方案。该方案能够在交流系统发生故障后隔离并联侧MMC与串联侧MMC之间的联系,从而抑制串联侧馈入并联侧MMC的故障电流。仿真结果表明在MMC-UPFC的不同运行方式下,所提方案均能避免故障后并联侧MMC闭锁,MMC-UPFC将切换至静止同步补偿器(STATCOM)工作模式,为交流系统提供无功功率支撑。

基于两电平差分式直接AC/AC变换的斩波可控阻抗器

为提高传统晶闸管控制阻抗型补偿器的响应速度,解决脉宽调制(pulse width modulation,PWM)斩波可控阻抗器(chopper controlled impedance,CCI)所存在的换流问题,提出一种基于两电平差分式直接AC/AC变换的串/并联型CCI拓扑结构,它由斩波可控电容器和电抗器构成。文中以串联型斩波可控阻抗器(series-type CCI,S-CCI)为例详细分析其拓扑结构和工作模态,通过采用PWM调制策略,实现S-CCI基频等效阻抗从感性模式到容性模式的连续变化,并建立S-CCI的数学模型,推导其基频等效阻抗和调制比之间的关系式。最后,搭建Matlab仿真电路和700W的实验样机,验证理论分析的正确性。

一种处理AC斩波器短路问题的新方法

提出了一种基于电流极性检测的开关控制策略,解决了基于电压极性检测的开关控制策略在输入电压过零点检测错误时会导致短路的问题。该方法是根据所检测出的电流极性对存在延时的2个PWM信号进行适时选取对应不同开关,不仅减少了功率损耗,降低了电磁干扰,而且可靠性更高、谐波更少、效率更高。用Matlab对2种方法分别进行了仿真并比较,结果验证了基于电流极性检测的开关控制策略的优越性。此外,采用DSPIC33FJ64MC506单片机结合IGBT模块进行了样机实验,实验结果与仿真结果一致。

基于半桥子模块的混合式直流耗能装置正弦调制补偿策略

混合式直流耗能装置是用于远海风电经柔性直流送出系统的关键故障穿越设备。为了解决系统盈余功率较大时耗能阀正弦调制电压出现负值,进而导致半桥子模块不再适用的问题,提出了一种耗能阀正弦调制电压的交直流分量补偿策略,在保证调制电压非负性的前提下,通过增大耗能支路电流反向时的子模块电容对外放电功率来弥补子模块电容电压反向放电过程的缺失,通过延长单位周期内耗能电阻消耗最大功率时长来保证其峰值功率受限时平均功率仍能与系统盈余功率相当。分别基于盈余功率模拟系统和海上风电经柔性直流送出系统开展了仿真验证,结果表明正弦调制电压的交直流分量补偿策略可有效限制混合式直流耗能装置的功率器件数量,使基于半桥子模块的混合式直流耗能装置实现全系列盈余功率工况下的功率平衡控制,保证柔性直流系统在受端交流故障下的平稳穿越。

交流斩波器的新型谐波抑制脉宽调制技术(英文)

提出了一种应用于交流斩波器的新型谐波抑制脉宽调制技术。它通过开环方式,对交流斩波器的输出占空比进行实时调节。和已有的恒定占空比控制相比,实现了对交流输入电压中低次谐波的完全消除,并且不要求计算相应的谐波分量,这简化了控制策略,同时显著降低了系统对控制器带宽的要求。文中分析和推导了调制函数的解析式,并给出了详细的实现方案。理论分析和仿真表明其在电压谐波消除中的优越性能。2kVA 样机的实验结果验证了该调制技术对交流系统侧谐波电压具有良好的抑制能力。

基于Buck交—交斩波器的无功补偿器拓扑与控制方法设计

首先介绍了一种新的交流斩波型无功补偿器,无需直流储能环节,系统可靠性得到加强。以Buck型交流斩波无功补偿器为对象,分析了交流斩波无功补偿的基本原理和补偿特性,推导出占空比与补偿电流之间的关系,建立了系统分析模型。在此基础上,提出了基于广义积分的直接电流控制策略,并给出了参数设计准则,最后进行了仿真和实验验证。仿真和实验结果表明,基于直接电流控制的Buck型交流斩波无功补偿器可以实现对网侧无功功率的实时补偿。

双Buck双向交流斩波器

提出一种新颖的双降压式交流斩波器。传统交流斩波器换流时必须遵循严格的换流次序,存在换流时器件电压尖峰过高的问题;一般采用等占空比调制,对交流系统已有的谐波畸变没有任何抑制能力。双降压式交流斩波器可实现AC/AC直接降压变换,或反方向的AC/AC直接升压变换。采用电流单向开关和半周工作方式,结构简单、所需器件较少;由于电路结构的内在特点,无桥臂直通的可能,功率器件可同时导通,从根本上消除了换流电压尖峰;采用滞环电流控制方案的双降压交流斩波器具有良好迅速的输出电能瞬态调节能力,可得到高质量的输出电压波形。试验验证了以上分析的正确性。

新型动态电压恢复器的拓扑与控制策略

为改善电能质量,提出了一种由PWM交流斩波变换器和变压器组成的动态电压恢复器电路拓扑。变压器一次侧通过固态继电器投切组与交流斩波变换器输出端相连,其二次侧与负载串联。当电网电压发生波动时,通过改变交流斩波变换器输出电压以及固态继电器组投切状态,达到调节补偿电压、保持负载电压稳定的目标。新型动态电压恢复器不需使用电池、大容量电容、电感等储能元件,能够有效补偿电网电压波动,具有体积小、成本低的特点。针对所提出拓扑,设计了基于瞬时电压的前馈反馈控制策略,并利用数字信号处理器(TMS320F2812)实现了该算法。实验结果验证了所提出方案的有效性。

新型三电平交流斩波电路的输出频谱结构分析

关于多电平变换器的研究已经有十几年了,但是多电平技术在交流电能变换当中的应用尚不多见。三电平交流斩波电路是一种用于高压电能变换的新型电路拓扑。它允许使用低电压等级的器件完成高压电能变换,并采用较多的电平数去逼近所希望的波形,使输出电压或电流的质量大大提高,谐波含量减少。文中对三电平斩波电路的输出电压频谱进行了一股性的讨论,得到了普适的结论。这一结论同样可分析普通的交流斩波电路的输出频谱结构。通过实验验证了电路的工作原理。

适用于农村电网的新型电压补偿装置设计

针对配电网尤其是农村电网和偏远地区供电线路末端的电压偏低问题,研究了一种基于交流脉宽调制技术的低电压补偿电路。该电路串联于供电线路中,在线路末端电压偏低时投入运行,可保证负载电压在允许范围内。该装置仅需补偿供电电压不足的部分,降低了对装置的容量要求,采用交流斩波方式使得电压调节范围宽且连续,同时装置自身无需储能元件,结构简单。给出了该装置的拓扑结构设计和脉宽调制方法,研究分析了其适用范围;通过仿真计算、样机实验和现场运行验证了该装置的正确性和有效性。

新型三电平PWM交流斩波器

交流斩波器广泛地应用于工业加热、灯光控制、感应电动机的软起动等领域。随着电力电子技术的不断发展 ,其应用领域不断向高电压、大功率电能变换拓展。在高压电能变换中 ,现有器件的电压等级往往不能满足装置的需要。多电平技术是解决这一问题的常用方法。与此同时 ,多电平电路使用较多的电平数去逼近所希望的波形 ,使输出电压或电流的质量大大提高 ,谐波含量减少。多电平技术在交流斩波器中应用研究尚不多见。介绍了一种新型三电平PWM交流斩波器的电路拓扑。分析了其工作原理以及浮动电容的电压控制原理 ,分析了输出电压的谐波含量 ,最后给出了实验结果和波形。实验结果表明 ,三电平交流斩波器工作原理正确 ,可以正常工作。

交流Buck型动态电压调节器的建模与控制

通过分析交流Buck型动态电压调节器的工作原理和电路结构,考虑电路主要元件寄生参数影响,建立了其状态空间平均模型。在此基础上,以交流电压瞬时值作为实时输入信号,设计了输入电压前馈结合输出电压反馈的实时控制方案。在输入电压发生波动或畸变情况下,所设计方案能够有效抑制电压波动,消除谐波畸变,保持输出电压稳定,动态响应速度快。以数字信号处理器DSPIC30F4011为主控芯片,设计了实验样机。仿真与实验结果验证了所提出控制方案有效性。

新型交流稳压电源的研制

：提出了一种新型交流稳压电路，并详细分析了它的拓扑结构、工作原理以及控制模式。研制了５ｋＷ的样机。