A Parallel Processing Uninterruptible Power Supply for Sudden Voltage Fluctuation for Power Management

This paper deals with a parallel processing uninterruptible power supply (UPS) for sudden voltage fluctuation in power management to integrate power quality improvement, load voltage stabilization and UPS. To reduce the complexity, cost and number of power conversions, which results in higher efficiency, only one voltage-controlled voltage source inverter (VCVSI) is used. The VCVSI is connected in series on the DC battery side and in parallel on the AC grid side with a decoupling inductor. The system provides sinusoidal voltage at the fundamental value of 220V/60Hz for the load during abnormal utility power conditions or grid failure. Also, the system can be operated to mitigate the harmonic current and voltage demand from nonlinear loads and provide voltage stabilization for loads when sudden voltage fluctuation occur, such as sag and swell. The experimental results confirm the system protects against outages caused by abnormal utility power conditions and sudden voltage fluctuations and change.

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。

基于对偶原理的IGBT并联均流缓冲电路研究

多个绝缘栅双极型晶体管(insulategatebipolar transistor,IGBT)并联是大功率电力电子应用领域提高设备电流等级的一条重要途径,而实现IGBT之间的并联均流则是保证其安全稳定运行的关键。文章在对IGBT串联均压缓冲机理研究的基础上,从在IGBT两端并联电容可降低电压变化率的原理出发,推断出可通过串联电感来抑制IGBT电流的变化,进而应用对偶原理构建出一类基于串联电感的并联均流缓冲电路及其改进型拓扑。结合模态图从理论上分析新型缓冲电路工作原理,发现所提出IGBT并联均流缓冲电路具备结构简单、易于实现的优点,还兼具静态和动态均流效果。仿真和实验表明所提出方法可以有效抑制过电流,降低电流不均衡度。

基于遗传算法的多模块IPOP双有源全桥DC-DC变换器总电流有效值优化策略

单模块双有源全桥DC-DC变换器,可通过最优移相策略来保证电流有效值最优。然而,当多模块并联运行时,由于模块间电气量无法完全匹配一致,不同模块间的电流有效值特性将有所差异,导致传统的均功率控制无法做到总效率最优。基于此,该文提出一种基于遗传算法的多模块输入并联输出并联(IPOP)双有源全桥DC-DC变换器总电流有效值优化策略。首先,该文结合遗传算法对单模块双有源全桥变换器的电流有效值特性进行分析与优化,该算法集成了单、双、三重移相控制的优势,同时可自然实现三种移相策略的无缝过渡。其次,针对输入输出并联的多模块变换器系统,提出一种基于离线计算在线查表,总电感电流有效值最优的控制策略。不同于传统的均功率控制方法,该策略可根据模块间辅助电感的差异化对总功率进行优化分配,以实现系统的总电感电流有效值最优。最后,搭建一台基于碳化硅器件的8 kW/100 kHz三模块并联样机对优化控制策略进行验证,实验表明,基于优化控制策略,样机峰值效率可达98.8%,与传统均功率控制策略进行对比,在降压和升压工况下,平均效率分别提升了1.2%和0.84%,验证了该文所提控制策略的有效性。

交错并联开关电感Boost变换器的失稳分析与控制

为提高输出电压增益,减小开关管电压应力,将开关电感结构代替传统电感嵌入到交错并联Boost变换器中。利用频闪映射法得到交错并联开关电感Boost变换器在峰值电流控制下的离散数学模型,并通过分岔图、相轨图、Jacobian矩阵特征值研究其失稳机理,结合参数共振微扰与电荷控制的优点,设计了补偿方案对失稳系统进行混沌控制。研究结果表明,开关电感的嵌入有效拓宽了交错并联Boost变换器的稳定范围,并通过补偿方案使得混沌系统重回周期-1稳态,提高了变换器的工作性能和稳定性。

一种高效压电能量收集器的设计及供电研究

为了优化压电能量收集器的性能以解决植入式传感器的自供电问题,设计了一种双耳悬臂梁的压电结构并提出了一种高效的自供电并联同步开关电感(ESPP-SSHI)电路。通过模型建立和ANSYS及MULTISIM的仿真实验,验证了压电结构的合理性及接口电路性能的可靠性。结果显示:压电结构的一阶固有频率从84.653 Hz降到了59.962 Hz,谐振时开路电压达3.75 V,电路的输出功率为0.97 mW,是并联同步电感(P-SSHI)电路的2.63倍,压电结构的整体功率密度为1.2 mW/cm^(3).

基于耦合电感的两相交错高增益DC/DC变换器

高增益DC/DC变换器是将新能源发电系统中的输出电压提升至并网电压的关键环节。提出一种两相交错型高增益DC/DC变换器拓扑结构(CI-TPIBS),变换器拥有反向对称的Boost-Sepic(BS)结构和以耦合电感(CI)为升压手段的倍压单元。通过控制A、B两相交错运行进一步提高变换器的电压增益,在实现高电压增益的同时,两相交错结构(TPI)避免了开关管和二极管电压应力的逐级递升,同时也抑制了输入电流纹波,且完全的对称性结构为变换器的控制提供了方便。详细分析了变换器升压原理及各个器件的工作特性,并给出了各元器件的选择依据。最后搭建出400 W的原型样机,验证了所提出的变换器的性能。

1000kV交流输电线路的故障激发过电压研究

在简述1000kV特高压输电线路故障激发过电压的基础上,研究了国家电网公司规划建设的晋东南-南阳-荆门单回百万伏级输变电工程在线路上单相或多相接地或相间故障引起的过电压和故障切除时的过电压两种情况下由故障激发的操作过电压,并提出了包括沿线装设氧化锌避雷器、使用可控并联电抗器以及装设并联开关电阻等限制故障过电压水平的措施。仿真计算表明,并联电抗器补偿容量越大,故障激发过电压越低;而仅在线路两端装设避雷器可在一定程度上降低单相重合闸故障引起的过电压,但过电压水平仍然比较高,还需要进一步采取措施;如同时使用并联合闸电阻和氧化锌避雷器,则能明显限制故障激发过电压的水平。

自供电式并联电感同步开关压电能量收集电路实现方法研究

针对并联电感同步开关(SSHI)压电能量收集电路在实际中不易实现,需要外接电源等问题,在通过ANSYS的谐响应分析和静态分析求解出压电能量收集器自由电容的基础上,设计一种由能量收集部分、同步开关控制电压生成部分和直流供电部分组成的自供电式SSHI电路:采用二阶R-C移向电路,过零比较器和异或门电路产生的输出电压来控制双向开关适时闭合,运用全桥整流(AC-DC)能量收集电路为所用的低功耗电子器件供电。通过实验成功实现了SSHI压电能量收集电路的功能,有效地提高了能量收集效率,为SSHI能量收集电路在实际中的应用提供一种新的、易于实现的方法。

一种基于耦合电感的逆变器并联系统环流抑制方法

逆变器并联系统各模块输出电压的幅值和相位等参数不一致会在各模块间产生较大的环流。在逆变器输出端串联电感能够较好地抑制并联逆变器模块间环流 ,其缺点是降低了并联系统的稳态电压精度。本文提出了耦合电感法这一新的环流抑制方法 ,研究了逆变器并联系统单模块后接耦合电感和非耦合电感对系统输出电压和环流的影响。理论分析和实验结果证明 ,对于由 n个模块组成的逆变器并联系统 ,使用耦合电感抑制环流可以使环流减小为用普通电感抑制环流时的 (n-1 ) / n,而且耦合电感不影响逆变器并联系统的稳态电压精度。

耦合电抗器在并联型三相并网逆变器中的应用

为提高三相并网逆变器的功率等级,提出一种由耦合电抗器组成的新型并联型三相并网逆变器,通过对耦合电抗器去耦得出并联型逆变器的等效电路,并分别在三相静止坐标系和同步旋转坐标系下建立平均模型,阐明耦合电抗器抑制零序环流的根本机理,即耦合电抗器可以增大零序环流阻抗。根据所得平均模型设计电流解耦控制策略,抑制了零序环流,解决了零序环流引起的不均流、波形畸变问题,提高了系统的可靠性和效率。最后,对一组1.5 MW并联型三相并网逆变器进行了仿真验证,结果证明了上述分析及控制策略的正确性。

一类新型的多电平逆变拓扑研究

介绍了一类新型并联型多电平拓扑。该类结构在继承普通三电平拓扑优点的基础上 ,只增加少量的元器件 ,就可获得更多的输出电压电平。输出电平的增多降低了输出电压变化率 ,多电平的并联使电流输出能力增加 1倍。该文详细分析了均流电感[1] 的作用及电压矢量的合成 。

改进型三态开关交错并联高增益DC／DC变换器

研究了一种改进型三态开关高电压增益变换器。在输入并联-输出串联交错控制变换器基础上,将耦合电感初级引入变换器输入端,有效抑制输入电流纹波,实现输入电流自动均流的效果;两个耦合电感的次级与电容、电感构成电压倍增单元串联接入输出端,进一步提升变换器电压增益。该拓扑结构中两个串联的输出电容,既能回收再利用耦合电感的漏感能量,又能箝位开关管的漏源电压,减小开关管的电压应力,有利于选取低电压等级、低导通阻抗的开关器件,有助于减小功率管的导通与关断损耗。通过合理的漏感设计有效抑制了二极管的反向恢复问题,实现开关管零电流开关(ZCS)导通降低开关损耗。详细分析了所提变换器的工作原理与稳态工作特性,实验结果验证了理论分析的正确性。

带开关电容网络的交错并联磁集成电感Boost变换器

针对传统交错并联Boost变换器电压增益低、开关管电压应力高、电感电流纹波大等问题,提出一种新型交错并联Boost变换器。该变换器用2个开关电感单元分别代替储能电感L1和L2,并对开关电感进行耦合集成,在此基础上增加了1个二极管和2个电容构成开关电容网络。分析了变换器在不同占空比下的工作模态,推导了电压增益公式,分析了开关管电压应力和电感电流纹波的大小。与传统交错并联Boost变换器相比,该变换器性能得到明显提升,尤其在占空比D>0.5的情况下电压增益是传统交错并联Boost变换器的3(1+D)倍,开关管的电压应力减小了2/3,电感电流纹波也减小近一半。最后实验验证了理论分析的正确性。表明带开关电容网络的交错并联磁集成电感Boost变换器有着优良的工作性能。

耦合电感辅助换流的并联谐振直流环节逆变器

为克服传统硬开关逆变器存在的缺点,提出一种新型并联谐振直流环节软开关逆变器,其辅助谐振电路含有耦合谐振电感,结构相对简单。通过辅助电路的谐振使直流母线电压下降到零时,逆变器的主开关可以完成零电压开关,同时辅助开关也可以在辅助谐振电路的工作过程中完成软开关,而且直流母线零电压持续时间的变化范围取决于谐振电流设定值和谐振参数。依据不同工作模式下的等效电路图,分析电路的换流过程和设计规则,并建立起辅助谐振电路损耗的数学模型,讨论谐振参数对辅助电路损耗的影响。制作了一个140W的实验样机,实验结果表明逆变器的主开关和辅助开关器件都实现了软开关,所以该软开关逆变器能有效地降低开关损耗和提高效率。

基于并联电感同步开关控制的振动能量回收方法研究

针对振动能量回收使用的并联电感同步开关(SSHI)控制方法研究中未考虑的控制损耗、储能负载和激励环境等问题,设计了一种基于电流监控、比较器、单片机和双向电子开关的低功耗回收控制电路。单片机通过比较器产生的中断信号控制双向开关适时闭合,成功实现了并联SSHI回收控制电路的功能。以储能装置为负载时,分析了整流电压、振子电容、激励幅值和频率对并联SSHI回收电路控制效果的影响,结果表明该方法在整流电压值较高、振子电容较大、激励频率较高、激励力较小时能够更有效地提高回收效率,为并联SSHI控制方法的应用奠定了一定的理论基础。

一种用于光伏最大功率点跟踪的Boost电路

光伏发电系统中利用Boost电路进行最大功率跟踪的过程存在电路升压能力不足、输入纹波较大等问题,利用开关电感结构替代并联交错Boost电路中电感,构成一种高升压比且低纹波的改进型Boost电路。该电路在同一开关周期中拥有四种开关模式,存在三种不同工作状态,利用平均周期建模法讨论其不同占空比情况下输出电压增益及输入电流纹波情况。MATLAB仿真结果表明,改进型Boost相比于传统Boost电路具有更高的升压能力;且在动态输入条件下,具有较快的跟踪速度,输入电流纹波小,输出功率控制效果稳定,适用于光伏发电最大功率点跟踪。

一种新型交错并联型buck变换器

通过传统buck变换器的三端口网络模型中引入一个开关电容,得到了一种新型带开关电容交错并联buck变换器。通过对新型变换器进行理论分析可知,与传统buck变换器相比,当占空比D<0.5时,新型变换器不仅输出电流纹波减小,且在相同占空比下实现了更高的电压增益;同时开关管的电压应力减小,其电流应力均为输出电流的一半,有利于器件的选择和散热。因此新型变换器非常适合于低输出电压、大电流的场合及输入、输出电压相差较大的系统。最后通过仿真验证了理论分析正确性。

逆变器并联系统功率管开路故障诊断研究

冗余容错控制的关键在于故障的诊断。该文通过仿真和实验,对无输出隔离变压器的逆变器并联系统功率管开路故障诊断进行了研究。以半桥逆变器为例,分析了逆变器并联系统在功率管开路故障下的等效电路和故障表现形式,提出了几种故障识别方案。通过检测并联系统各模块电感电流,在两台并联实验样机上实现了故障识别和故障模块的在线切除,验证了方案的可行性。该方案简单,适合于任意数量逆变器并联模块。

500kV限流电抗器对瞬态电压的影响及限制措施

采用电抗器限制500 kV线路的短路电流是一种可行的方法。但在限制短路电流的同时,电抗器的引入会引起断路器瞬态恢复电压的变化。本文以我国华东电网采用500 kV电抗器限制短路电流的工程项目作为背景,分析了不同短路情况下电抗器对瞬态恢复电压的影响,分析表明,三相短路时对瞬态恢复电压的影响要比单相短路时严重,采用并联电容器的方法可以降低瞬态恢复电压的影响,但要求的电容器容量较大。