具有混合控制策略的宽输出双全桥LLC谐振变换器

针对宽输出电压范围应用中传统频率控制的LLC型谐振变换器存在开关频率调节范围宽、循环电流大及难实现高效运行等问题,提出1种具有定频移相-定频PWM混合控制策略的双全桥LLC型谐振变换器,以适用于较宽输出电压范围。其由2个全桥LLC型谐振变换器共用1个桥臂组合而成,输出电压通过定频移相-定频PWM混合控制进行调节,使该谐振变换器实现4倍电压增益范围以获得较宽输出电压,同时解决传统频率控制中循环电流过大及在移相控制移相角小时的软开关不能实现问题,提升系统效率。该转换器开关频率工作在谐振频率点,电压增益与负载无关且有助于磁性元件设计,在全负载范围内实现软开关。最后给出详细的电路工作原理分析并通过仿真进行验证,搭建实验平台验证了所提变换器的可行性和有效性。

接触轨融冰用电磁感应加热电源应用研究

开发了一种接触轨融冰用中频感应加热电源,输入为380 V/50 Hz的三相正弦交流电,输出为频率固定中频20 kHz,功率大小可调。首先分析了该中频感应加热电源系统的工作原理及产生的伴随效应,其次介绍了感应加热电源的结构,提出了一种基于移相PWM调功与频率跟踪相结合的复合控制方案,最后,建立了电源MATLAB/Simulink仿真模型和试验模型,通过仿真结果和试验结果证明了所开发的中频感应加热电源的可行性。

低载波比调制下的MMC-UPFC电容电压减频效应

低载波比(载波频率与基波频率之比)的载波移相调制策略可有效降低MMC-UPFC的开关损耗,但会导致“减频效应”造成电容电压谐波频率明显降低,严重削弱电容电压均衡策略的控制效果。根据电容电压谐波频率随载波比降低的规律,定量分析了低载波比调制下MMC-UPFC电容电压的减频效应,明确了低载波比与电容电压低频波动、子模块电容不稳定充放电状态和子模块间电容电压不均衡间的内在联系及其发生机理;在此基础上,提出一种基于RBF神经网络的减频效应抑制策略,通过检测电容电压的谐波分量进行最优载波比选择和电容电压控制。最后以苏州南部500kV UPFC示范工程为参考进行仿真,证明了MMC-UPFC电容电压的减频效应的存在性以及抑制方法的有效性。

适用于直流微网系统的新型双向三端口变换器及其控制策略

在传统分布式新能源并网接口中增加储能装置作为第三端口,可有效改善因分布式新能源强不确定性和随机性等特征引发的输出功率波动问题。为此提出并研究了一种适用于高升降压比直流微网系统的新型非隔离双向三端口变换器及其控制方法。通过集成双有源半桥变换器和非隔离双向Buck/Boost变换器,实现了三个端口中任意两个端口之间功率的双向传输。详细分析了所提新型变换器的工作原理、变换器输出特性以及控制策略,通过移相+脉宽调制控制方法,实现了宽范围的电压调节和各端口间功率的平滑切换。搭建了一台1 kW的试验样机,验证了所提出的新型三端口变换器及其控制方法的可行性和有效性。研究结果对于提高分布式新能源接入稳定性具有理论指导与工程实践借鉴意义。

基于级联式多电平变换器的静止无功补偿器拓扑研究

电力系统实时无功补偿对提升电能质量至关重要,传统的无功功率补偿常采用大容量的电抗器、电容器,体积大、重量大、效率低。静止无功补偿器采用全控开关器件构成,具有可控,动态响应速度快,损耗低,效率高的优点。以单相H桥为级联单位串联而成的级联式多电平变换器可通过对各个H桥进行移相控制,输出多电平波形,提高输出电压正弦度,降低谐波含量,减小滤波器的体积,且具有扩展性强,适应性强,实现容易等优点。介绍了级联式多电平变换器的拓扑与工作原理及适用于该变换器的基于三角载波移相技术的PWM调制策略,通过降低开关管的开关频率,提高系统的效率。最后搭建了仿真模型验证了该拓扑与调制策略的有效性。

三电平电流型推挽双向DC/DC变换器及工作特性分析

储能DC/DC变换器需要解决电池侧电流纹波和宽电压范围问题。本文研究了一种可用于电能路由器储能环节的三电平电流型推挽式双向DC/DC变换器,具有高增益、电流纹波小和宽输入电压范围的特征。以传输电感两端电压匹配为原则研究了采用脉冲宽度调制(PWM)加移相控制下的工作机理,深入分析了正向和反向工作模式。研究了占空比、桥间移相比和桥内移相比对功率传输的影响以及不同模式下的系统性能,以实现变换器的高效率功率传输。通过建立各功率管开通时刻的瞬态等效电路深入研究了功率管寄生电容、变压器励磁电感对实现软开关的影响。推导出开通时刻的准谐振方程,从而得到功率管实现软开关的条件,为参数优化设计奠定了基础。在3 kW实验平台上进行了实验研究,实验结果验证了理论分析的正确性。

级联H桥SVG直流侧电压均衡控制策略

传统的级联H桥静止无功补偿器相间电压均衡控制策略分析计算较为复杂,且需要调节PI参数,为此提出了一种无需参数调节的相间电压均衡控制策略。只需排序比较大小,通过查表法即可求出待注入的零序分量,简化了相间电压平衡算法;针对相内电压均衡控制策略,基于伏秒平衡控制原理提出了一种H桥模块作用时间直接修正法,与基于时间计算的载波水平移相调制策略相配合,即使在电压不平衡的暂态过程中也能够完全实现与上层控制的解耦,并且这种方法能够容易地扩展到级联度更高的SVG系统中。最后,通过在Simulink仿真平台与实验室条件下搭建的小功率实验平台验证了算法的有效性与可行性。

载波移相调制下模块化多电平变换器的两类共模电压机理分析

在载波移相脉宽调制下,适用于中压应用的模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)存在两类共模电压(common-mode voltage,CMV)问题,即系统共模电压(system CMV,SCMV)与桥臂共模电压(arms CMV,ACMV)。目前还未有学者对两类CMV的产生机理和基本成分进行详尽的分析,文中以开关函数和子模块电容电压波动为出发点,进而得出两类CMV的基本成分和产生来源,然后对SCMV影响下的轴电压和轴电流及ACMV影响下的桥臂环流进行分析;利用得到的两类CMV的表达式对CMV抑制策略下两类CMV的相互关系进行分析,并对两类CMV的机理分析进行仿真和实验验证,为研究两类CMV对MMC系统产生的影响及其抑制策略提供理论依据。

基于TI DSP的永磁同步电机三电阻电流采样的实现

为实现永磁同步电机(PMSM)的高性能、低成本矢量控制,改进三电阻电流采样法。针对三电阻电流采样法存在非观测区的问题,提出了根据脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)波形动态设置电流采样点、对PWM进行移相重构电机电流的方法,提高母线电压利用率,提升电机控制系统的输出能力。基于德州仪器公司的数字信号处理器(TI DSP)平台实现该方法的软件算法,通过实验验证本文方法的正确性和可靠性。

四开关Buck-Boost变换器软开关设计及实现

针对四开关Buck-Boost变换器工作在Buck和Boost两种工作模式相互切换时,存在变换器工作盲区的问题,首先分析FSBB变换器工作原理,采用软开关技术控制策略,提出FSBB变换器软开关的软件设计思路,采用PWM移相控制方法,进行方案设计、原理分析、控制设计、系统仿真。样机验证结果表明,与传统的Buck-Boost变换器相比,该方案能在全输入电压范围实现MOS管软开通和软关断,系统具有输入输出同极性、开关管电压应力低、工作效率高、效率高达97%的优点,具有较高的应用价值。

一种改进的CHB多电平变换器PWM调制策略

级联H桥CHB(cascaded H-bridge)多电平变换器是中压大功率电机驱动系统最广泛采用的拓扑,传统LS-PWM和PS-PWM不能很好地兼顾输入、输出电流的谐波性能,对比了CHB多电平变换器在这两种调制策略下的输入和输出THD,分析了两种方法下输入、输出波形产生区别的本质原因,进而探讨了一种局部载波移相PWM调制方法。该方法吸收了两种调制方法的优点,发挥PS-PWM调制时模块功率均衡和网侧输入电流谐波低的特点以及LS-PWM输出电能质量好的特点。最后,搭建了三相七电平CHB变换器实验平台,对局部载波移相PWM调制策略进行了验证。

基于PWM与双重移相混合控制的变换器及其工作特性研究

针对传统移相控制下变换器传输效率低下、软开关难以实现等问题,对PWM控制与双重移相混合控制下变换器的工作特性进行研究。综合分析现有控制方法的优缺点后,决定采用PWM与双重移相控制结合的混合控制方法。经对其工作原理、传输功率与软开关特性进行研究,并在Simulink中进行仿真验证,表明所设计的混合控制方法可在更大功率范围内实现软开关,且可显著减小漏感电流有效值和峰值,验证了该控制方法的可行性。

双Buck/Boost集成双有源桥三端口DC-DC变换器

在传统的双有源桥变换器的基础上集成两个双向Buck/Boost电路,提出了一种双Buck/Boost集成双有源桥三端口DC-DC变换器,该变换器实现了桥臂开关管的复用,提高了功率密度。以光伏-蓄电池混合发电系统为例对该变换器拓扑进行分析,采用移相+PWM进行控制,通过控制移相角实现输入与输出端口间功率传输,通过调节占空比来匹配输入端口电压等级,以实现光伏端口的最大功率点跟踪和平衡蓄电池端口的能量传递。分析了该变换器的工作原理、稳态与软开关特性,该变换器较大程度地改善了传统移相控制下DAB在移相角较小时的软开关条件,使得在宽工作范围内能够实现所有功率开关管的软开关。最后建立300W实验样机进行方案验证。

PWM加相移控制的双向DC/DC变换器

该文提出了一种PWM加相移控制的双向DC/DC变换器。该变换器结合了PWM和相移这两种控制技术优点,不但可以减小变换器的电流应力和通态损耗,而且可以拓宽零电压开关的范围。该文详细地介绍和分析了变换器的工作原理,给出零电压开关的条件,最后给出了实验结果。

混合钳位型四电平和五电平逆变器拓扑结构和控制策略

为了提高传统二极管钳位和飞跨电容多电平变换器的电平数并减少钳位器件的数量,同时避免五电平有源中点钳位拓扑中开关器件的直接串联,提出一种混合钳位四电平逆变器拓扑及其扩展五电平拓扑结构。为实现悬浮电容和母线中点电压的平衡控制,提出一种改进的载波移相PWM策略,通过微调PWM脉冲占空比实现悬浮电容和母线中间电容的平衡控制。在此基础上为实现上、下母线电容电压的平衡控制,提出一种基于最优零序电压注入的平衡控制策略。研制了一台实验样机并通过实验验证了该拓扑及控制策略的有效性和可行性。

三电平直流变换器平衡中点电位的双移相PWM控制研究

在分析中频中压大容量三电平H桥直流变换器的电路拓扑和工作原理的基础上,针对中点电位波动问题,提出了一种双移相脉宽调制(PWM)复合控制策略。将原来只有单一移相角的移相PWM变为具有双移相角的移相PWM,从而造成调制不对称来对中点电位进行调节。分析了采用双移相PWM方法能够平衡中点电位能力的边界,设计了三电平H桥直流变换器的双移相PWM复合控制器,并结合传统单移相PWM控制器进行了对比实验研究。结果表明:负载电流流过中点是造成中点电位波动的原因;双移相PWM能够产生不对称PWM控制脉冲来实现中点电位的调节,且随着负载程度的增加调节能力逐渐增强;基于双移相PWM的复合控制策略能够较好地实现平衡中点电位控制,且具有较好的动态性能。

感应加热电源的PWM-PFM控制方法

叙述了一种电压源供电的串联感应加热负载的PWM PFM混合控制方法 ,并给出了实现的方法和实验电路。这种方法具有功率调节范围宽、频率变化小的优点 。

两相坐标系下链式STATCOM电流跟踪策略

针对分相瞬时电流控制的链式静止同步补偿器三相独立控制、参考电压会引入零序分量的特点,提出了两种基于坐标变换的电流跟踪控制方法。方法将链式STATCOM作为一个整体,分别建立其在两相同步旋转坐标系以及两相静止坐标系下的数学模型,并采用比例积分控制器跟踪同步旋转坐标系下的直流参考电流,以及采用比例谐振控制器跟踪静止坐标系下的交流参考电流。还给出了基于FPGA的采用双采样策略的载波相移PWM信号的生成方法,该方法能在低采样频率工况下避免功率开关管的额外动作。所提方法适合于数字控制系统实现,仿真与样机实验最终验证了所提出方法具有响应迅速、稳态无误差的特点。

模块化多电平换流器的电容电压平衡方法

为解决模块化多电平换流器(MMC)在采用载波移相调制时的电容电压平衡问题,提出一种基于载波交换的平衡方法。该方法位于调制层,不改变子模块的调制波,既不影响输出电压波形,也不会产生额外的开关损耗。首先详述了MMC的拓扑结构、工作原理以及调制方式;分析了开关状态交换时可能会出现的4种情况,分别是存在上升沿时桥臂电流大于0或小于0和存在下降沿时桥臂电流大于0或小于0;给出了具体的电容电压平衡方法及流程图。实验结果表明,所提方法可快速有效地将桥臂的电容电压集中在参考值附近,且各路电压之间无大幅波动,具有很好的平衡效果。

载波移相在大容量并联逆变电源中的应用

EAST(experimental advanced superconducting tokamak,超导托卡马克核聚变实验)快速控制电源是一种单相大容量逆变电源,其跟踪等离子体位移信号,对真空室内的线圈进行励磁控制,产生磁场实现等离子体位移控制。为满足等离子体位移快控电源大电流快速响应要求,采用多组变流器并联运行。电源系统采用移相PWM多重化技术,降低IGBT的开关损耗,提高变流器等效开关频率,改善输出波形。介绍了系统设计方案,并对输出谐波进行分析和仿真。实验结果说明该系统设计方案合理,控制策略有效,具备良好的大电流输出和快速响应能力。