LCL型并网变流器交直流双侧状态反馈有源阻尼优化控制

LCL型并网变流器广泛应用于新能源发电领域,针对新能源高度渗透系统中LCL型并网变流器交直流两侧阻尼不足及谐振问题,提出交直流双侧有源阻尼优化控制策略。为抑制LCL滤波器谐振,利用状态反馈任意配置极点特性等效无源阻尼;结合最优虚拟电阻r的设计,调整极点至最优阻尼点,从而显著抑制LCL滤波器的谐振,且不牺牲其滤波特性。为提升直流电压的控制特性,在电压外环引入阻尼控制回路,并分析了阻尼作用机理。推导了最优阻尼系数计算方法,且当阻尼为最优阻尼系数时,可实现模型等效降阶,从而显著增强电压控制特性。对比分析了引入双侧阻尼前后交直流两侧的稳定性与控制特性,分析结果表明,引入阻尼后的系统具有更好的稳定性与控制特能。最后,通过MATLAB/Simulink仿真验证了双侧有源阻尼优化控制策略的有效性。

弱电网下LCL换流器谐振的自适应抑制研究

LCL型换流器因其体积小,滤波性能好等优点广泛地应用于并网系统。但其自身的谐振问题不可忽略,电容电流反馈有源阻尼是常用的谐振抑制方法。在实际应用中,电网阻抗能够对LCL滤波器谐振产生影响。基于此,提出一种基于遗传算法优化RBF神经网络的自适应谐振抑制方法,该方法依据遗传算法对RBF神经网络进行初始参数的优化,利用RBF神经网络自身的辨识能力对PI控制器的参数进行识别,实时修正PI控制器参数和有源阻尼系数,从而实现LCL型换流器在电网阻抗变化时保持系统稳定。最后分别采用传统无参数优化方法、RBF神经网络优化方法以及所提方法进行实验,通过仿真结果的分析,验证了该方法的有效性。

一种新型双向三电平倍流LCL-T谐振直流变换器

随着蓄能锂电池恒流充电方式的普及,针对双向车载充电机中传统电压源直流变换器不具备自然恒流输出问题,提出一种新型双向三电平倍流LCL-T谐振直流变换器,其由LCL-T谐振结合三电平级联中性点箝位有源桥构成。由于耦合变压器级联的特殊方式,有源桥各子桥臂可独立或并行工作,据此可设计不同的调制方式控制谐振腔输入电压,建立变换器一倍、二倍准恒流模式。为实现双向功率传输特性一致,谐振腔器件参数采用对称设计,进而研究了一种受归一化频率fn、品质因数Q控制的LCL-T谐振准恒流输出,并考虑无功功率控制和实现开关管零电压开通,设计满足给定准恒流输出精度的输出工况筛选算法。最后通过所搭建的仿真平台和实验样机证明所提变换器在各模式下均能实现给定精度内的准恒流输出。

基于LCL-T半桥谐振变换器的LED恒流驱动电源

根据LED的简化等效模型,采用交流分析法分析了基于LCL-T半桥谐振变换器的LED恒流驱动电源其性能。在此基础上,减小谐振网络体积,提高功率密度为优化目标,定量计算出了变压器一二次匝数比的最优取值。最后制作了一台输入电压为400V,输出功率为10W的实验样机。在开环控制的情况下,恒流精度达到了10%。实验结果表明了理论分析的正确性。

LCL谐振型双有源全桥双向DC-DC变换器分析与控制

研究了一种新型LCL谐振型双有源全桥双向DC-DC变换器。根据LCL谐振网络的基本特性,在双移相控制方式下,使得初、次级全桥的交流侧电压与电流同相位,实现了单位功率因数,基本可以消除双有源全桥变换器中普遍存在的回流功率。在时域波形分析的基础上,建立了各次谐波的交流等效模型,计算了各次谐波传输功率相对于基波传输有功功率的比值,并通过基波近似法进一步研究了变换器的功率传输特性。最后,设计了一台额定功率为3.6kW的实验样机,特征波形、回流功率的实验与分析结果吻合,并验证了其运行在宽负载电压和功率范围内的良好特性。

LCL-T半桥谐振式恒流电容器充电电源

为了实现电容器恒流充电,研究了基于LCL-T谐振变换器的恒流充电技术。首先,运用交流分析法详细阐述了LCL-T谐振变换器在一定条件下实现恒流特性的原理,分析了不同品质因数下开关频率的变化对谐振变换器电流增益和逆变器输出端电压电流相位差的影响;其次,对二极管钳位型LCL-T半桥谐振式电容器充电电源的充电过程和性能进行了分析,并在此基础上设计了一台样机。最后,通过在12 s内将2 370μF电容器充电至600 V的仿真与实验证明了LCL-T半桥谐振式电容器充电电源具有恒流特性,且控制简单,适用于电容器的快速、精确充电。

二极管钳位型LCL-T半桥谐振恒流LED驱动电源

LED的恒流驱动已经成为共识,为了实现其恒流驱动,分析基于LCL-T半桥谐振变换器的无源LED恒流驱动模块的工作原理,在此基础上针对负载可能出现的故障问题,提出通过增加钳位二极管来实现断路输出保护并且分析了电路的性能。针对单个驱动模块输出电流纹波大、进而导致LED色差大、利用率低的问题,通过两相交错并联移相90°叠加来减小输出电流纹波、降低LED发光色差、提高利用率。最后通过搭建实验平台验证了上述理论分析的正确性。

基于前端LCL谐振式推挽变换器

提出了一种前端LCL谐振式变换器,其前级为功率因数校正(PFC),后级为采用数字控制的逆变器。设计并制作了一台AC220V输出的1kW试验样机,对实验样机测试的结果表明,前级升压电路实现了零电压开通(ZVS),后级电路实现了闭环控制,整个系统动态与稳态性能均较好,理论分析正确。

基于风电网侧变流器虚拟阻尼控制策略的研究

由于风电变流器LCL滤波电路存在谐振问题,为提高风电变流器系统稳定性,目前无源阻尼技术和有源阻尼技术是实现滤波器谐振峰值抑制的有效方法,其中有源阻尼方案是近年来研究的热点。本文通过对LCL型风电并网变流器的入网电流闭环特性进行分析,提出一种基于LCL滤波器的电容电压反馈改进有源阻尼控制方法,在控制环节中构建滤波器增加闭环控制系统的阻尼抑制谐振的发生,提高系统稳定性,不增加额外硬件成本和系统损耗。通过搭建基于双馈感应发电机组网侧变流器仿真模型,对文中提出改进的控制策略进行验证,理论分析和仿真结果证明提出的虚拟阻尼控制策略具有有效性和可行性。

适用于直流电网的LCL谐振式模块化多电平DC/DC变换器

针对直流电网中不同电压等级线路的直流互联需求,结合隔离型模块化多电平DC/DC变换器和绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)直串型LCL-DC/DC变换器的拓扑优点,提出了一种LCL谐振式模块化多电平DC/DC变换器拓扑。首先,介绍了该变换器电气拓扑,并分析了其工作原理,包括运行方式、功率传递机理等;其次,从功率传递和谐波抑制等角度提出了该变换器中LCL谐振网络的参数设计方法;然后,提出了适应于该变换器的控制保护策略,保证在不同功率传递下实现两侧模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的零无功传输以及直流故障电流的迅速抑制;最后,在Matlab/Simulink中对所提拓扑及其控制保护策略进行了仿真验证。结果表明:根据LCL设计方法得到的电气参数能够满足装置的控制需求,所提控制策略在潮流反转、输入电压突变等工况下具有较好的静态和动态性能,且保护策略能够抑制直流侧的短路故障电流。

基于LCL谐振型双有源桥的三端口DC-DC变换器及其解耦控制

为了降低集成式三端口DC-DC变换器多功率路径的控制环路间的耦合程度、优化动态性能,将双Buck/Boost与LCL谐振型双有源桥通过共用原边全桥开关单元集成到一起,提出新型三端口DC-DC变换器及其解耦控制方法.该变换器实现了开关器件的复用,提高了功率密度;采用PWM+双移相控制,可以实现3个端口间传输功率的灵活控制;利用LCL谐振特性实现基波功率因数为1的功率传递.本研究分析该变换器的工作原理、控制方式与谐波特性,并且根据基波分析法提出简单、有效的解耦控制方法,可以有效降低多功率路径间的耦合程度,提高系统动态响应能力;搭建400 W的实验样机,进行控制方式对比试验、典型工作模式切换试验、解耦控制对比试验,验证该变换器的可行性及所提解耦控制策略的解耦效果.

一种Boost-LCL谐振变换器

提出一种Boost-LCL谐振变换器,由全桥电路、主/辅助变压器、谐振器件和一组整流桥构成。辅助变压器既是反激变压器,其原边绕组又同时复用作谐振电感和Boost电感以提高功率密度和电压增益。电路依据输出电压需求有低、高2种电压增益工作模式。在低电压增益模式,电路工作在定频脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)模式。在高电压增益模式,电路工作在Boost+调频模式,即在全桥谐振之前加入Boost脉冲频率调制(pulse frequency modulation,PFM)以提高输出电压。与传统LCL谐振变换器相比,新电路在在同样的谐振参数下,具有更高的电压增益,更适合宽输出范围使用。详细分析了新拓扑的工作原理,并与传统拓扑进行了对比分析。研制了一台100～150V输出的样机,测试表明在宽输出范围内,新拓扑效率最高可达93.1%,验证了理论分析的正确性。

一种多模式电流馈LCL谐振变换器

提出一种多模式的电流馈LCL谐振变换器。该变换器仅需要在传统全桥式电流馈变换器的主变压器原边增加一个并联谐振电容Cr。利用反激变压器的原边电感L_r和主变压器的漏感Lk,与Cr构成LCL谐振腔。电感Lr在Boost,LCL和Flyback这3种电路模态中被复用,由3种模态又构成了高、中、低3种电压增益模式。变换器采用定频脉宽调制(pulse width modulation,PWM),同时保留了软开关的优点,适用于宽输出电压范围的场合。文中首先介绍变换器的拓扑结构,详细分析变换器工作过程。其次采用时域分析法推导出电压增益公式,分析电压增益特性。描述3种电压增益的设计方法,给出在控制器中的切换和设计原则。最后搭建一台55~120V输出,额定输出电压100V,额定功率300W的实验样机,实验结果验证了所提变换器的可行性及理论分析的正确性。

固态开关串联的高压重频脉冲电源

随着脉冲功率技术在生物医疗、食品加工、电磁成形、等离子体研究等领域日益广泛而深入的应用,脉冲发生器的研制面临高压高频化、全固态化等新要求。为了满足这种新要求,设计了一种固态开关串联的高压重频脉冲电源。脉冲电源主要由高频触发电路、主电路以及LCL谐振电路组成:主电路为8级Marx电路串联,MOSFETs作为充放电控制开关;触发电路输出触发信号驱动MOSFETs工作;LCL谐振电路可实现输出电流恒定。电源结构触发同步性好,充电速度快,结构紧凑。对电路的结构设计、电路原理、参数设置进行了详细阐述,并利用Simplorer软件仿真验证高压重频脉冲电源电路的可行性。最后搭建了一台高压重频脉冲电源样机,实验样机参数为脉冲电压0~4 kV,重复频率0~8 kHz可调,脉冲宽度5~12μs可调。

并网换流器系统谐振的分析、检测与消除

以风能和光伏为代表的可再生能源发电中广泛应用的并网换流器会引发谐振,威胁系统的安全稳定运行。该文结合国内外研究现状,回顾了并网换流器系统中谐振分析、检测与消除的研究成果。首先介绍了并网换流器系统的结构和控制方法,在此基础上总结并网换流器系统的建模与稳定性分析方法,重点对比了基于状态空间方程和基于阻抗分析两种方法。其次,利用基于阻抗分析的方法分析了并网换流器系统的谐振产生机理,并介绍了目前存在的几种谐振检测方法,指出每种方法的优点和缺点;最后,对并网换流器系统中谐振的消除方法进行了分类和对比,分析了新型有源阻尼装置的原理与优点。

多变流器并联时谐振特性及最优虚拟阻尼方法

LCL型变流器多模块并联并网运行时系统网络阻抗及谐振特性会发生变化,这将无法保证变流器输出电流的控制特性。对输出电流谐振问题进行定量分析及谐振抑制方法研究非常关键。通过建立多变流器并联并网系统的诺顿等效电路模型,对谐振峰分布进行定量分析,进而在简化模型的基础上,得到了谐振频率的数学表达式。基于电容器并联虚拟电阻的阻尼方法,研究虚拟电阻取值对输出电流的影响,提出了虚拟电阻最优值的计算方法。该方法可保证多变流器并联并网系统输出电流对指令值的跟踪特性。仿真和实验结果证明了定量分析结果的准确性及虚拟电阻取值方法的有效性,实现了对输出电流的有效控制。

混合式直流断路器的多路隔离驱动电源设计

驱动电源是保证混合式直流断路器稳定工作的关键设备之一。为此提出了一种新型的多路隔离驱动电源系统结构,驱动电源采用全桥LCL谐振网络保持电流输出特性,以高压电缆线和光纤作为电气隔离介质,通过磁环实现多路输出。分析了多路隔离驱动电源的系统结构中的各个模块作用以及全桥LCL谐振变换器的工作过程。设计了变压器和磁环、LCL滤波器参数。通过Simplorer和Maxwell仿真软件对多路隔离驱动电源进行了仿真研究,结果证明变换器可获得良好的恒流特性,输出更加稳定。最后搭建了一台每路输出3 W、0.6 A的多路隔离驱动电源的实验样机,验证了可行性和有效性。

具有输入低频电流纹波抑制功能的光伏高频链并网逆变器

光伏发电系统对光伏电池输出电流低频纹波有严格的要求,而普通光伏并网逆变器通常增加滤波器容量或复杂的控制策略实现输入低频电流纹波抑制。将LCL-T谐振网络引入光伏并网逆变器,在变换器开关频率等于谐振频率时,可由谐振网络特性有效抑制光伏电池输出电流中的低频纹波。分析了光伏并网系统中电流、电压与各元件参数之间的关系,提出了相关元件参数的设计规则,并提出了相应的控制策略。实验结果表明,所提逆变器能够很好地抑制光伏电池输出电流中的低频纹波,且具有较高的效率。

一种基于对称SCC结构的电流源型高频谐振功率变换器

在高频交流配电系统中,高效优质的电源侧功率变换具有重要意义。电感–电容–电感(inductor-capacitor-inductor,LCL)谐振逆变器是一个与负载无关的高频恒流源,能为高频配电系统实现优质高效的电源侧功率变换。但是变换器元件参数的差异以及输入的扰动使得其很难总是保持稳定的恒流状态。基于此,该文提出一种新型的基于对称可控开关电容(switched-controlled capacitor,SCC)结构的LCL谐振变换器,实现可控的恒流源输出。该文首先详细的阐述了SCC结构的分段工作周期和谐振等效电容的计算,求解得到开关占空比与等效电容的关系曲线。然后,通过等效电容与归一化角频率的关系进一步得到占空比D控制的电流增益H的计算公式及特性曲线,从而通过对占空比的控制实现对扰动的精确补偿,实现精确的恒流输出。最后,设计了一台小功率的SCC结构LCL谐振变换器样机。仿真和实验结果表明,该SCC-LCL谐振变换器能提供可控的恒流源,并同时保持较高的转换效率。

一组基于可控开关电容的高频谐振功率变换器

变频控制是谐振功率变换器常用的调控手段,但是宽范围变化的工作频率会降低磁性元器件的性能且增加设计复杂性.文中提出一组基于可控开关电容(SCC)控制的谐振功率变换器,通过改变谐振回路的等效电容可以在恒定工作频率下完成谐振变换器的输出调控.对各种不同SCC拓扑进行了分析比较,论证了所提出SCC结构的优越性.然后枚举了SCC结构在二阶和三阶谐振变换器中的应用,并详细分析了一种基于半桥移相控制的SCC-LCL-T型谐振变换器的工作特性.最后,通过仿真和实验验证了所提出的SCC结构应用于谐振变换器拓扑的有效性和可行性.