Simulation of multiphase boost DC-DC converter with the stable control strategy

The multiphase boost DC-DC converter with stable control strategy is presented. Multi- phase boost DC-DC converter is designed for high voltage and high power applications, and could be achieved by the adjustment of voltage doubler rectifiers on the secondary side of high frequency transformers. The stable control strategy for three phase boost DC-DC converter has been utilized during simulation in this study and this strategy can be extend to N-number of phases. The stable control strategy consists of only three voltage loops, which are sufficient for appropriate and efficient operation of three phase boost DC-DC converter. With the stable control strategy, the equal power balance sharing can be obtained between input and output. The stability of control strategy has been evaluated by simulating the multiphase boost DC-DC converter for the same and mismatch turn ratios of high frequency transformers. The simulation result is good and the objective of the strategy is a- chieved.

VSC-HVDC参与送端电网的调频控制策略

电压源型直流输电(voltage sourced converter-high voltage direct current,VSC-HVDC)具有控制灵活且易于在送受端扩展新落点等优点,有助于新能源的友好接入,因而在新能源基地的直流输电中具有广阔的应用前景。随着柔直送端电网新能源占比不断增加,导致送端电网系统等效惯量持续降低、调频能力大幅减弱。针对高新能源渗透率的送端电网系统,利用VSC-HVDC对有功功率的独立与快速调节的特点,在传统的定有功功率控制中引入有功功率-频率(P-f)斜率特性,设计反下垂控制策略,使其参与送端交流系统的频率调节。并在PSCAD/EMTDC中搭建两端柔性直流输电电网模型进行仿真验证。结果表明,所提出的控制策略提高了送端系统的频率稳定性,具备一定的有效性与可行性。

基于改进GSO-SRU的整流二极管寿命预测

变频调速装置作为节能减耗的关键设备,在生产线上得到广泛的应用。针对其中功率模块的寿命进行有效预测,有助于提高系统可靠性。本文提出一种基于改进萤火虫优化算法(GSO)和简单循环单元(SRU)神经网络的整流二极管剩余寿命预测模型。首先通过加速老化试验得出二极管的结温和导通压降数据,将数据集进行划分后将训练集中的结温和导通压降作为特征参数,进行数据预处理后输入到经改进GSO算法优化超参数的SRU网络模型中完成训练,实现对整流二极管剩余寿命的预测。最后通过测试集数据验证,并与不同预测模型结果作对比,证明该预测模型具有十分优良的准确性,提高了寿命预测精度,为功率模块安全稳定运行提供了保障。

基于混频电源运行的模块化多电平矩阵式换流器阀段试验系统

模块化多电平矩阵式换流器(M^(3)C)是目前柔性低频输电系统完成频率变换的主要电力电子设备。M^(3)C包含9个桥臂,应用在高压大功率场合的串联模块数目众多,对其设备子模块的生产提出了特殊试验需求。在M^(3)C桥臂稳态电压和电流分析基础上,设计了一种应用于数个串联桥臂子模块(阀段)的对拖运行试验系统,可对其进行等效功率运行测试,以辅助M^(3)C设备的生产和出厂测试。提出了对拖试验系统的控制策略,搭建了由两组4个串联子模块构成的阀段对拖试验系统,进行了相关试验验证。试验结果表明,所提出的试验系统能够满足M^(3)C桥臂串联子模块的等效功率运行试验,并且对电源功率消耗要求不高。

高轻载效率少功率器件的可模块化扩展ZVS高增益变换器

提出一种高轻载效率且少功率器件的可模块化扩展零电压开关高增益Boost变换器。该变换器可以通过增加升压模块数量n,极大地提高变换器的升压能力;具有2个开关管和n+1个二极管,且各功率管承受相同的电压应力,均为[(n+1)U_(in)+U_(o)]/(n+2);输入电感工作在连续导通模式,其余电感工作在双向导通模式,且反向峰值电流之和大于输入电感电流的谷值,从而实现所有功率管的软开关。所提变换器采用柔性开关频率控制策略,即根据输入电压和负载大小适当地调整开关频率,使电感电流脉动量维持在合适的范围内,既确保实现功率管的软开关,又具有较小的通态损耗,因此在整个负载范围内均具有较高的运行效率。以一个扩展模块为例,对所提变换器的工作原理、稳态特性、软开关条件、控制方法进行深入分析,并通过一台250 W的样机实验验证了理论分析的正确性。

一种基于损耗模型的双有源桥DC-DC变换器效率优化方法

对双有源桥DC-DC变换器(DAB)系统中的各部分损耗进行建模,并依据此模型,以提升效率为目标,对DAB系统进行优化设计。首先,介绍单移相调制策略下的DAB工作原理,并推导漏电感电流有效值的解析表达式。为突出DAB的电流波形特征,引入电压转换比的概念,这一概念与变压器匝比相关。然后,介绍损耗建模方法。DAB系统的损耗主要分为两部分,一部分源于半导体器件;另一部分源于高频隔离变压器及电感。两者的损耗数值不仅由本身的材料特性决定,同时与运行工况紧密相关,如传输功率、电压、电流等。将单移相调制下的DAB电流、电压波形特征,与器件和变压器的本身特性结合考虑,解析建立DAB的稳态损耗模型。并在此基础上,通过数值计算的方法,对电压转换比进行优化设计,同时优化移相比的选择,增强软硬件的适配性,提升DAB的整体效率。最后,通过实验对所建损耗模型及优化方法进行了验证。

LCC-VSC混合直流输电线路的组合型单端故障定位方法

电网换相换流器-电压源换流器(LCC-VSC)混合直流输电线路中的故障行波传播特性有别于常规直流和柔性直流的输电线路。文中针对混合直流输电线路分析了行波折反射过程及两端边界反射角的频变特性,确定了单端法故障定位装置的合理安装侧,提出了一种组合型单端故障定位新原理。首先,利用定位精度略低的固有频率法进行故障位置初测,以此粗略计算故障点第1次反射波的大致到达时刻。然后,再利用故障点反射波与对端母线反射波的波到达时刻的对称性质在行波传播时序图中匹配找到这2种反射波的精准波到达时刻。最后,根据初始行波、故障点第1次反射波和对端母线第1次反射波到达时刻实现故障定位。仿真实验表明,固有频率法的引入有效避免了由于无法准确区分故障点第1次反射波与对端母线第1次反射波所带来的定位误差,所提方法在LCC-VSC混合直流输电系统中能实现较准确的故障定位。

接入LCC-HVDC的双馈风电场孤岛启动与并网控制策略

接入常规高压直流输电(LCC-HVDC)的双馈风电场系统,在直流送端无电压支撑的条件下无法孤岛启动,在传统并网控制方法下也无法稳定运行。为实现系统的孤岛启动及并网后的稳定运行,提出了一种接入LCC-HVDC的双馈风电场孤岛启动与并网控制策略,包括基于分布式储能的电路拓扑、孤岛启动的时序以及启动时序中每阶段系统的控制方法。在电路拓扑中,由配置于若干双馈风电机组变流器直流母线的储能为系统启动提供能量。基于此,风电机组采用空载启动方式,并网后风电机组采用基于无功功率的频率控制,直流系统采用基于有功功率的电压控制,两者共同维持送端交流母线电压及频率稳定。基于PSCAD/EMTDC的仿真结果表明,系统不仅能够顺利完成孤岛启动,而且在正常工况下电压和频率能够维持稳定,从而验证了所提孤岛启动与并网控制策略的有效性。

PSS与VSC-HVDC附加阻尼控制器参数协调优化设计

将含参数约束的线性优化方法应用于交\直流混合系统的电力系统稳定器和基于电压源型换流器的高压直流输电系统附加阻尼控制器的参数协调优化中。该算法考虑了不同阻尼控制方式间的相互影响和作用,在迭代过程中通过修正优化可行域区间,使系统低频振荡模式对应的特征根最终移动到复平面上期望区域内。系统的特征值分析和时域仿真结果验证了上述方法的有效性和实用性。

含VSC-HVDC电网扰动后暂态频率解析模型

通过附加频率控制,柔性直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSCHVDC)参与电网调频,其快速控制特性可改善调频效果。文章基于潮流模型,计及同步发电机转子运动方程及调速系统,推导发电机转速与负荷扰动关系;考虑VSC-HVDC附加有功-频率下垂控制,提出电网暂态频率解析模型。IEEE 14节点算例分析表明,VSC-HVDC确实可改善暂态频率;量化解析模型和时域仿真结果误差验证了前者的准确性;比较两者误差计算时间,验证解析模型计算效率;修改VSC-HVDC附加控制器参数,验证解析模型在不同运行条件下的适用性。

VSC-HVDC系统对电网低频振荡的阻尼方法及控制参数选取

变流器型电源可附加阻尼控制,为电网提供阻尼、抑制系统低频振荡,然而附加阻尼控制系数过大会引起变流器不稳定。针对这一问题,本文在新型高压直流输电中引入附加阻尼控制的基础上,建立了系统小信号模型;阐明了利用根轨迹附加阻尼控制系数过大影响系统稳定性的机理;进而给出了系统最大阻尼时控制参数的计算方法。最后利用PSCAD软件进行了仿真,仿真结果验证理论分析与计算的正确性。

DFIG与VSC-HVDC协同参与电网调频的动态潮流算法

针对双馈感应发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)经电压源变流器–高压直流(voltagesourceconverterhigh voltage direct current,VSC-HVDC)并网,基于"主网频率-直流电压-风电场"串级下垂控制调频策略,建立DFIG经VSC-HVDC参与系统一次调频的动态潮流模型,用于量化DFIG备用与直流电容虚拟惯量协同控制下电网频率响应。计及DFIG有功备用,在直流电压限制范围内,提出直流电容虚拟惯性时间常数的取值上限。考虑调频过程中DFIG转速变化,提出基于转子动能的DFIG惯性时间常数动态修正算法,提高动态潮流结果精度。算例验证了所提算法分析DFIG与VSC-HVDC协同电网调频能力的可行性,证实计及DFIG参与调频的直流电容虚拟惯性时间常数最大取值可提升交流系统惯性水平;DFIG等效惯性时间常数修正算法符合其动态调频特性。

基于双端初始电流行波时频矩阵相似度的柔性直流输电线路保护原理

针对目前柔性直流(voltage source converter-based high voltage DC,VSC-HVDC)电网的线路保护中存在的问题,提出一种基于双端初始电流行波(Initial current traveling wave,ICTW)时频矩阵相似度的柔性直流输电线路保护原理。首先,对柔性直流电网在线路区内外故障下两端保护所在处ICTW的故障特性进行分析,总结出在特定时间窗内,区内故障下两端ICTW的频域相似度远高于区外故障。在此基础上,利用S变换对双端ICTW进行时频分析,建立时频矩阵,并对其做奇异值分解(singular value decomposition,SVD)。然后根据特征矩阵构造双端ICTW的相似度计算公式,以该相似度的大小判别线路区内外故障。另外,根据线路两端ICTW的高低频能量比识别雷击干扰。最后,各种故障情况下的仿真结果表明,该保护原理不依赖线路边界元件,可以保护不同长度线路的全长,具有更高的耐过渡电阻和抗噪声能力,并且能够满足柔性直流电网主保护的速动性要求。

基于多目标优化的高频DAB变换器混合多重移相控制策略

随着双有源全桥(dual active bridge,DAB)变换器开关频率的提升,半导体器件的开关损耗占比越来越大,基于回流功率、电感电流峰值或有效值的单目标效率优化策略的优势逐渐丧失。为提升DAB变换器的高频工况运行效率,文中对DAB最优模态与优化目标进行定量分析与选择,提出一种可同时实现电感电流有效值准最优、宽范围软开通的移相策略,在该策略下轻重载工况所有开关管均可实现软开通,中载仅有两个开关管丢失软开通。为保证软开通的有效实现,根据电荷交换和死区时长两个条件推导实现软开通所需电流的统一表达式。再者,将软开通谐振过程线性化处理,所得简化表达式可与本文移相模态相结合,可实现任意开关管在任意模态下的软开通。最后,搭建6.6 k W/150 k Hz的碳化硅实验平台进行验证。实验结果表明,所研究的多目标优化策略可同时减小开通损耗与导通损耗,有效提升DAB变换器在高频工况下的运行效率。

基于励磁电流补偿与混合移相调制的高频DAB变换器全范围ZVS运行策略

随着宽禁带功率半导体器件的广泛使用,更高开关频率的双有源桥(dual active bridge,DAB)变换器带来了更大的开关损耗,对于软开关技术提出更高要求。为了进一步拓展零电压开通(zero-voltage switching,ZVS)范围,文中对ZVS精确模型和传统电感电流全局最优条件方法进行分析,提出一种结合励磁电流运行的移相调制策略,该策略可实现DAB变换器全功率范围内所有开关管的ZVS运行(8-ZVS运行)。在考虑开关管非线性特性和死区时间限制基础上得到更精确的ZVS模型,并推导引入励磁电流的ZVS模型。此外,所提出的控制方案具有无缝模式转换的特点,电感电流的有效值也可以达到准最佳状态。最后,搭建6kW/150kHz的高频DAB变换器样机以验证模型有效性。实验结果表明,该控制算法可以在任意模式和工况下实现8-ZVS运行,从而提升系统在轻载和中载工况下运行效率。

加速度计模拟输出的Σ-Δ压频转换新方法

设计了一种基于Σ-Δ调制器技术的新型电压-频率转换器,用于将微加速度计的模拟电压信号转换为相应的频率输出信号.该电路采用中国电子科技集团24所的4μm P阱标准CMOS工艺参数进行模拟仿真.在10 V电源电压下,时钟频率为1.04 MHz,其输入电压范围为1.5 V^8.5 V,输出频率范围为40 kHz^533 kHz,转换灵敏度约为134 kHz/V,非线性度不大于0.08%.仿真结果证明,其对于恒定输入电压具有稳定的输出频率以及正负两种转换特性,因此可广泛应用于加速度计等矢量传感器的模数转换接口电路.

计及频率耦合特性的LCC-HVDC送端系统阻抗建模与稳定性分析

随着双馈风电和高压直流输电(high-voltage direct-current,HVDC)在电力系统中的比例越来越大,电网换相换流器型HVDC(line-commutated converter based HVDC,LCC-HVDC)与双馈风电场、弱电网互联时会存在交互稳定问题,且振荡频率会呈现频率耦合特征。针对LCC-HVDC整流站存在的频率耦合现象,采用3-D傅里叶变换建立阻抗模型,分析LCC产生频率耦合现象的机理,进行各个影响因素对LCC频率耦合程度的敏感性分析。最后,研究频率耦合特性对LCC整流站、双馈风场、弱电网互联系统稳定性分析的影响,并通过时域仿真验证所得结论。

一种新的非隔离型低输入电流纹波高效高增益DC-DC变换器

为改善DC-DC变换器性能提出了一种兼具低输入电流纹波和高增益的DC-DC变换器:通过交错控制方式以及合理的设置滤波电容来减小输入电流的脉动,通过高频升压变压器及副边开关电容升压电路两者的配合以极大提高DC-DC变换器的增益。文中详细分析了新提出的DC-DC变换器工作机理以及系统的综合性能,并进一步给出了系统的具体设计方法,最后搭建了一台100W,20V/200V样机,实验最高效率为92.5%,验证了理论分析的正确性。

一种改进的四开关Buck-Boost变换器控制策略

针对四开关Buck-Boost(FSBB)变换器在传统控制策略下控制方法复杂、整机运行效率不高的问题,提出了一种减少控制变量加变频的改进三模式控制策略。分析了改进三模式控制策略下变换器的工作原理,详细介绍了在宽输入范围下通过该控制策略来实现变换器高效运行的控制方法。以数字控制芯片TMS320F28027为核心搭建了1台输入30~66 V、输出48 V/4 A的实验样机。实验结果表明,所提出的改进三模式控制策略可使FSBB变换器在宽输入电压和全负载范围内实现开关管ZVS,并在满载时效率最高可达97.5%。

海上风电场PMSG和VSC-HVDC综合调频概率评估

考虑永磁同步发电机PMSG(permanent magnet synchronous generator)减载运行后的一次调频和改变柔性直流输电VSC-HVDC(voltage-source converter based high-voltage direct-current)直流电压的惯性调频,提出基于时域仿真的概率统计指标,量化调频效果。枚举不同调频策略、参数及扰动位置和规模,仿真电网频率响应。计算最大频率偏差、频率下滑速度、频率恢复速度和稳态频率偏差,根据扰动概率统计上述指标的系统期望。仿真结果表明:稳态频率偏差及其系统期望值仅随PMSG调频参数增大而减小;其余3项指标及系统期望随PMSG和VSC-HVDC调频参数增大而减小;PMSG和VSC-HVDC分别在频率偏差和变化率较大时起主要作用。