基于准Z源的高增益DC-DC变换器拓扑研究

为了解决传统的DC-DC升压电路电压增益较低,以及光伏发电、风力发电等新能源输出电压低且不稳定,从而影响后级逆变等操作的问题,将准Z源网络与高增益DC-DC拓扑相结合,提出一种基于准Z源的非隔离型高增益DC-DC变换器拓扑;充分利用准Z源网络的高电压增益特性,有效解决DC-DC拓扑在升压方面的不足;为了深入研究变换器的性能,对其在连续导通模式下的拓扑结构、工作原理进行详细分析;同时基于状态空间平均法,建立变换器的小信号模型,并推导其开环传递函数。通过与其他新型拓扑的性能对比,得到该变换器不仅显著提高了电压增益,同时具有较低的开关电压应力。最后搭建仿真及实验平台来验证拓扑理论分析的正确性。

一种新型准Z源高增益DC-DC升压变换器

针对传统准Z源阻抗网络DC-DC升压变换器存在电压增益低和元件电压应力高的问题,提出一种新型准Z源高增益DC-DC升压变换器(HSQZSC)。首先,分析HSQZSC变换器两种模态工作原理,并对其进行稳态分析和参数设计。其次,与现已提出的Z源变换器进行性能对比,表明HSQZSC变换器具有高电压增益和元件电压应力低的优势。然后,对其建立状态空间模型进行小信号分析、稳定性分析和控制器的设计。最后,搭建100 W实物样机,实验结果验证了HSQZSC变换器的可行性与有效性。

交⁃直⁃交异步系统准同步控制下直流动态功频响应特性分析

经直流输电互联的异步系统通过对直流输电实施附加控制,可实现异步系统的准同步运行,达到实时共享异步系统调频资源的目的。但在准同步控制的工程实践中,不合理的控制结构或参数配置将导致系统出现非预期的功率波动。首先,根据直流准同步附加控制,构建准同步系统的动态功频响应分析模型;然后,基于该模型分析了直流控制参数对功率振荡的影响;进而,分析准同步控制导致的功率波动与传统功角振荡的异同;最后,以准同步实验过程中出现的功率波动为例进行分析验证,提出抑制直流功率波动的建议,并对准同步控制进行了讨论。

基于分裂-叠加结构的部分功率主动调控型准单级直流变换方法

针对“直流变压器级联PWM变换器”两级式架构中各级变换器均需处理全部负载功率、多级变换效率低的问题,提出了基于分裂-叠加架构的部分功率主动调控型准单级直流变换方法。通过将直流变压器输出分裂为两个端口,使得其中一个端口的功率无需经后级PWM变换器处理而直接传输至负载,等效实现了准单级功率变换,且有效降低了PWM变换器的功率容量和损耗,提高了系统效率。详细分析了分裂-叠加式架构的原理和电路实现方法,深入研究了系统输出电压调节的原理和特性。以其中一个电路为例,详细分析了工作原理、电压调节特性和关键参数设计方法,并通过实验结果验证了所提方案的有效性和正确性。

软开关高增益准YZ源DC-DC变换器

针对新能源发电系统中所需要的高升压非隔离变换器升压能力不足问题,文中基于Y源变换器和准Z源变换器的优点,提出一种软开关高增益准YZ源DC-DC变换器。所提变换器不仅提高了升压能力,还能够有效吸收漏感产生的电压尖峰。除此之外,应用同步整流技术,使得开关管和二极管工作在软开关条件,提升了转换效率。此外,所提变换器由于电源输入端连接的是单个电感,输入电流连续,电流纹波小。不仅如此,提出的变换器还具备开关管电压应力低、输入输出电压共地等优点。首先对所提变换器的工作模态和稳态进行分析;其次定量计算效率以及损耗分布;将所提变换器的性能与其他变换器进行对比,并明确设计要求;最后通过实验室制作的样机,验证所提变换器的有效性。

抗直流偏置与频率偏移的并网逆变器无电网电压传感器模型预测控制

传统并网逆变器无电压传感器模型预测控制策略易受电网频率偏移和直流偏置的影响,导致电流控制误差较大。为了解决这些问题,提出一种基于滑模观测器和双准谐振滤波器的改进电网电压观测方法,并设计了一种基于电压观测值的并网逆变器无电压传感器模型预测控制策略。设计了一种滑模观测器,以实现电网电压观测。为了克服高频滑模噪声和直流偏置的影响,设计了采用准谐振滤波器代替低通滤波器的电网电压基波信号提取方法,以抑制直流偏置对电网电压观测的影响。针对单个准谐振滤波器易受电网频率偏移影响的问题,进一步提出了基于双准谐振滤波器串联的电网电压相位和幅值补偿方法,从而克服了电网频率偏移的影响。由于所提方法可以提高电网电压观测精度,基于该方法的并网逆变器无电压传感器模型预测控制策略的电流控制精度也得到显著提高。对比实验研究验证了所提方法的有效性。

基于三绕组耦合电感的准Z源高增益DC-DC变换器

针对清洁能源并网发电系统中直流升压变换器的现有技术缺陷,提出一种新型的准Z源高升压DC-DC变换器。该变换器通过将准Z源网络与独特的耦合电感集成结构结合,能在较低的占空比和匝比下实现高电压增益。拓扑中的钳位回路回收了储存在耦合电感漏感中的能量,能有效缓解耦合电感漏感引起的尖峰电压。此外,变换器功率器件电压应力水平较低,便于使用低耐压器件来提高转换效率。输入电流连续以及输入输出共地的特点使得该变换器适合应用于可再生能源场景。详细介绍了所提变换器的工作原理,给出了关键性的公式推导和设计依据,并进行性能比较。最后,设计并搭建一台200 W额定功率的样机进行实验验证,实验结果与理论分析相吻合。

地磁感应电流对电网安全稳定运行的影响

太阳黑子异常活动而导致的具有准直流特性的地磁感应电流(geomagnetic induced current,GIC)的峰值远远高于变压器允许承受的直流量,已引起国内外多个电网相继发生电气设备受损和电网崩溃的事故。分析了GIC产生的机制,以及GIC致使变压器出现直流偏磁的原因。文中指出通过变压器的直流偏磁,GIC可能对交流电网的设备和电网的安全稳定运行构成威胁。详细分析了不同类型高压直流输电GIC存在的可能性,指出长距离高压直流输电只有在2种运行方式下,直流线路中才会出现GIC;正常运行时,该直流GIC不会危及直流输电的运行。最后提出了开展GIC对交直流系统安全稳定运行研究工作的建议。

介电响应分析中温度归一化获得标准曲线的方法、意义及应用

温度是影响电介质介电响应的重要外界因素。将不同温度条件下测量获得的介电响应曲线平移而形成相互重叠的介电响应曲线的方法即温度归一化方法,所获得的重叠的介电响应曲线即为标准曲线(master curve)。为获得正确的标准曲线,需要在双对数坐标中对极化率的实部和虚部同时进行温度归一化平移、并记录平移的移动轨迹(即参考点的移动轨迹)。参考点的移动轨迹即反映了温度对于介电响应的影响。标准曲线可以扩展所测介电响应的频率范围、增加数据点的密集程度,消除试验中的偶然误差,提高试验结果的准确性。标准曲线可以用于判断测量的介电响应是否是由单一的弛豫过程构成、判断电介质的微观结构是否随着温度的变化而变化、获得介电响应的温度特性等。通过温度归一化平移获得重合的标准曲线并非必然结果,在由温度特性不一致的多弛豫过程组成的介电响应中或在电介质微观结构发生变化的温度范围内,是无法获得重合的标准曲线的。该文以测量高电压外绝缘领域常用的高温硫化硅橡胶的介电响应为例,详细说明了温度归一化方法在介电响应分析中的应用。

Dissado-Hill模型在电介质介电响应分析中的应用

电介质介电响应中所蕴含的信息可以被用于探究电介质的内部微观结构以及电荷的运动特性。Debye模型描述的是没有相互作用的偶极子在黏性介质中发生的极化现象,这很难出现在实际的固体电介质中。基于Debye模型的经验修正模型如Cole-Cole模型、Davidson-Cole模型以及Havriliak-Negami模型中的参数没有实际的物理意义,使用经验模型分析介电响应测量结果无法获得电介质内部微观结构和电荷运行特性。由Dissado L A与Hill R M提出的具有明确物理意义、涉及微观粒子之间的相互作用的Dissado-Hill介电响应模型是一个更反映介电响应物理实质的理论模型。该文详细阐述了Dissado-Hill介电响应模型的物理意义及该模型中"簇"的概念;Dissado-Hill模型包含2个子模型:一个是用来描述偶极子主导的弛豫峰型介电响应过程的Dissado-Hill loss peak模型;一个是用来描述载流子主导的低频弥散现象的Dissado-Hill QDC模型。文中讨论了低频弥散介电响应现象与电导现象之间的异同及区分方法。结合Dissado-Hill介电响应模型和等效电路模型分析的方法,对电力系统外绝缘领域常用的高温硫化硅橡胶材料的介电响应测量结果进行了深入的分析,结果发现,高温硫化硅橡胶的介电响应中存在明显的低频弥散现象。

新型开关磁阻电机驱动系统软开关功率变换器原理分析与仿真

通过在直流电源与不对称半桥式开关磁阻电机功率电路间插入一种准谐振直流环节,给每个相开关并联电容,构成新型开关磁阻电机软开关功率变换器主电路.该电路控制简单且能够实现变换器中全部功率器件的软开关操作.在介绍变换器主电路拓扑及特点基础上,深入分析了其软开关原理,并通过仿真实验验证了该电路方案的可行性及原理分析的正确性.

太阳能光伏直流空调器的特性分析及实验研究

在分析准并网技术节能工作原理的基础上,探讨市电和光伏发电混合驱动的空调系统的组成及原理,分别对太阳电池的光伏特性,蓄电池的工作原理,直流压缩机的工作特点,太阳能光伏直流空调器的能效及经济性进行分析。建立实验平台,与常规空调进行对比实验。实验结果和理论分析表明:太阳能光伏直流空调器在白天单独运行时可节约市电70%,全天连续运行可节约市电40%~78%,其综合能效比约为常规空调的3倍。为保证太阳能光伏直流空调器良好的节电能力,建议其最大运行时间为白天4 h,夜间2 h。

开关磁阻电机功率电路的软开关策略及仿真

提出一种开关磁阻电机驱动系统(SRD)功率变换器的新型软开关策略.通过在电源与开关磁阻电机(SRM)相绕组开关电路间插入准谐振直流环节电路,并在各相绕组开关上并联缓冲电容器以实现相开关的零电压开通和关断.在介绍该策略的电路拓扑及特点基础上,分析了相绕组开关零电压开通原理;结合公共开关型SRD功率变换器中公共开关的斩波过程,对电路的控制时序和谐振模式进行分析.针对谐振电感储能不同及SRM绕组电感变化对谐振的影响进行仿真.结果表明,只要参数选择合理谐振波形就不受SRM绕组电感变化的影响,并且试验验证了相开关及辅助开关的软开关特性.

大规模交直流电力系统仿真计算的相关问题

针对大规模交直流电力系统仿真计算中涉及到的几个相关问题进行了讨论。指出用于大规模交直流电力系统仿真计算的最有效的工具是带有用户自定义功能的交直流电力系统数字仿真程序 ,传统的动模试验和最新出现的实时数字仿真器并不适合于对大规模交直流电力系统进行系统研究。通过考察直流输电换流器准稳态模型导出的条件 ,阐明了直流输电换流器的准稳态模型在交流系统不对称故障期间是不适用的。论证了影响逆变器换相失败的因素有多个 ,重点研究了触发越前角、换流站交流母线电压跌落 ,直流电流增大以及换流变压器短路阻抗等因素对换相失败的影响。通过实例论证了交流系统故障时直流输电系统的动态响应特性 ,必须在仿真过程中通过对直流输电系统及其控制器的行为进行精确的仿真计算才能得出 。

变压器地磁感应电流-无功功率动态关系分析

利用两段线性直线表示变压器铁心i-?曲线,推导得到了地磁感应电流(GIC)与变压器无功功率之间的静态数学关系。在此基础上,考虑GIC准直流特性以及变压器三角形联结绕组对零序磁通的影响,搭建了磁暴期间变压器铁心准直流零序等效电路模型,用于计算实际作用于变压器铁心的直流大小和无功损耗。运用经过插值处理的实测GIC秒数据,对一台1 000kV交流变压器和一台800kV换流变压器进行了仿真计算。结果表明当考虑GIC准直流特性时,三角形联结绕组的存在会影响变压器无功损耗且这种影响在GIC流向发生转变所对应的波形过零点阶段尤为显著,相同GIC下换流变压器受到的影响更大。通过灵敏度分析,找到了决定变压器无功损耗受GIC准直流特性影响大小的主要参数。

软开关技术在SRD系统中的应用研究

介绍了软开关技术的基本原理、基本的软开关电路拓扑,提出一种开关磁阻电机功率变换器的软开关方案,该方案在直流电源与相绕组控制电路间插入一种准谐振直流环节电路,并给每个相开关并联电容器后实现了开关磁阻电机功率电路中所有器件的软开关操作。对主电路工作模式进行了分析,并通过仿真验证了所提电路的软开关性能。

准谐振直流环节三相逆变器的最新发展和应用

高性能的逆变器总是受到研究工作者的极大关注。谐振直流环节逆变器是最早提出的具有实用价值的软开关技术三相交流电机驱动电路拓扑结构之一。对谐振直流环节逆变器电路的拓扑结构的最新发展和应用做了简要的介绍，并对每一种电路的优缺点进行了分析。

新型电流型双向功率流准Z源直流变换器

为了提高直流电压变换器的稳定性和可靠性,针对传统Buck/Boost电路理论和实际应用上的缺陷,提出了一种电流型双向功率流准Z源直流变换器。这种新型变换器体积小、重量轻,具有电压增益高、输出电压稳定的优势,且在保留了升压、降压功能的同时,还可以实现功率流的双向传输,符合当今直流变换器向功能全面方向发展的趋势。采用脉冲宽度调制的方法,控制IGBT/Diode开关的导通时间,利用Matlab/Simulink仿真和实验电路的实验结果证实了这种新型变换器的合理性。

300W零电流型准谐振直流电源设计

分析了半桥结构半波模式零电流谐振型直流变换器的理论模型 ,给出了谐振元件的计算方法 ,设计出用于短波通信装备的准谐振式直流开关电源 ,并给出了测试和应用结果。

改进型准Z源DC-DC变换器在电动汽车上的应用

为了改进电动汽车供电系统的DC-DC变换电路,以及克服传统Z源拓扑结构电压增益小、启动冲击严重、输入电流断续等问题,提出了一种改进型准Z源DC-DC变换器。分析了该变换器电路的拓扑结构、工作原理,推导出了变换器的电压增益。与传统Z源相比,在相同占空比情况下,改进型变换器具有更大的电压增益及输入电流连续等特点。根据拓扑结构搭建了仿真模型和试验样机,对改进型变换器进行了稳态分析,验证了该变换器的可靠性和可行性。