双向DC-AC变流器及其运用综述

直流微电网和交直流混合微电网的母线电压控制是微电网的首要环节,母线电压调节通过双向DC-AC变流器完成;电动汽车与电网进行互动(V2G)系统也需双向DC-AC变流器实现。介绍了几种典型的三相双向变流器和单相双向变流拓扑结构,按功率等级和运用场合指出了常用双向变流器的优缺点,分析了传统桥式双向变流器的不足,为双向变流器拓扑结构的改进提供思路。

微网中双向DC-AC变流器的性能优化控制

为解决用于直流微网与交流电网相连的双向DC-AC变流器因受到交直流双侧母线电压谐波的影响而导致的交流并网电流波形质量恶化等问题,首次推导了考虑交直流双侧电压谐波情况下的DCAC变流器交流并网电流的表达式,揭示了交直流双侧电压谐波影响的本质和特征。同时引入DC-AC变流器交流侧并网电流dq轴分量的比例-积分-双重复控制策略以抑制上述影响。进一步针对数字化系统中存在的系统采样频率与基波频率比为非整数造成重复控制器增益显著衰减的问题,提出基于对期望采样数据进行局部线性插值的重复控制器增益提升方法,以增强重复控制器对交流电网电压谐波的抑制性能。详细的仿真和实验结果证明了理论分析以及所提交流并网电流波形质量优化控制策略的正确性和有效性。

单相并网储能双向变流器线性时间周期模型的稳定性分析

针对传统线性时不变模型无法描述储能双向变流器多频次谐波间交互耦合现象的问题,提出了一种单相并网储能双向变流器的线性时间周期模型,并进行稳定性分析。基于线性时间周期理论对单相并网储能双向变流器进行建模,得到非线性时间周期模型;围绕周期轨道将该模型线性化,得到储能双向变流器的线性时间周期时域模型;通过傅里叶展开推出了储能双向变流器的线性时间周期频域模型;利用李雅普诺夫第一方法分析比例积分控制器在不同参数下的储能双向变流器小信号模型的稳定性及稳定边界。MATLAB/Simulink仿真实验结果表明:建立的单相并网储能双向变流器的线性时间周期模型具有准确性和稳定性,稳定性边界正确。

双向变流器在城市轨道交通供电系统中的应用

[目的]为了解决城市轨道交通供电系统存在的再生能量利用和网压波动大的问题,提出一种基于双向变流供电技术的牵引系统供电方案。[方法]介绍了双向变流器的主电路拓扑及其运行逻辑;提出了独立供电和混合供电两种模式下的双向变流器控制特性,并设计了恒压和下垂相结合的外特性曲线;以徐州地铁2号线为例,进行了车辆段试车线单列车AW0(空载)牵引及制动工况下的独立供电和混合供电试验,以及正线12列车正常运行工况下的独立供电和混合供电试验,测试了列车运行性能指标和双向变流器性能指标。[结果及结论]双向变流器可根据线路上的列车运行工况,自动、平滑地切换整流及逆变运行模式,与列车的牵引及制动工况自动适应。采用双向变流供电能够显著改善列车网压的波动,避免网压低于1500 V的工况,改善了列车的牵引运行特性。

基于子网优先级驱动的交直流混合微网集群双向互联变流器分散式控制策略

随着可再生能源渗透率的不断提高,交直流混合微电网集群逐渐成为新型电力系统的弹性解决方案。考虑到实际运行中各子电网优先级和电能质量需求存在差异,该文提出一种基于子网优先级驱动的交直流混合微网集群双向互联变流器分散式控制策略,以实现系统的弹性功率交互。首先,通过将归一化的交流频率和直流电压值作为子电网的状态偏差因子,以最小化全局总偏差因子为目标构建了用于交直流混合微电网集群的最优电力交换模型,该模型充分考虑了子电网的优先级指数和供电容量;其次,基于最优电力交换目标,提出用于双向互联变流器的准下垂控制策略,由于该策略中双向互联变流器仅需检测本地交流频率/直流电压的状态偏差因子,因此可以实现对交直流混合微电网集群整体偏差因子最小化的分散式最优功率自主协同控制;最后,构造了两个仿真实例,并利用半实物仿真系统验证了所提策略的有效性。

基于RTDS的高压大容量双向变流器控制器硬件在环仿真研究

城市轨道交通系统中,地铁列车会频繁启停,在启动时会消耗大量电能,而在制动时产生的能量约占牵引能耗的40%。为了充分利用地铁制动能量及稳定直流接触网电压,高压大容量双向变流器得到广泛应用。RTDS (Real-time Digital Simulator)仿真器是功能强大的实时数字仿真装置,通过建立高压大容量变流器的离散仿真模型、与实际控制设备连接形成半实物仿真系统,可实现系统动静态特性的实时模拟,从而大幅提高研发效率。本文建立了高压大容量双向变流器仿真模型,结合实际硬件控制器构建了硬件在环仿真系统,验证了控制器硬件及其搭载控制策略的有效性。

电动汽车动力双向变流器能量闭环实验系统研究

本文致力于探讨电动汽车动力双向变流器的能量闭环实验系统。研究首先阐述了电动汽车动力系统的工作原理,重点关注了电机驱动原理和双向DC/DC-AC变流器的功能。实验系统的构建旨在模拟电机端工作条件,验证控制策略的有效性。设计一个全面的实验系统,包括系统框架、硬件电路设计以及控制方法与参数匹配,本文研究详细理论分析了系统的设计和实现过程。

基于DSP控制的三相交错式双向DC/DC变流器控制系统

随着储能系统的发展,对双向DC/DC变流器的研究逐步深入。为满足兼顾稳定性的同时提高变换效率的要求,设计出具有高稳定性、输出电流频率高、脉动小等优势的多相多重变流器。同时,利用SiC-MOSFET代替传统的IGBT等开关功率器件,减小变流器体积,同时有效减小整流损耗,提高电源效率。针对由SiC-MOSFET组成的双向DC/DC变流器,为控制其输出上下互补的驱动波形,完成同步整流功能。本文利用DSP控制输出三相交错式PWM波驱动双向DC/DC变流器输出上下桥互补PWM波,验证了其控制系统的可行性。

城市轨道交通供电系统中双向变流器功能验证

在概述双向变流器工作原理的基础上,以某城市轨道交通地铁1#线1.5km长的试车线为依托进行了试验方案设计,并对双向变流器性能稳定性及可靠性、牵引供电功率及回馈功率、接触网功率和电流损耗、节能及稳压效果等进行试验分析。分析结果表明,现有直流供电系统主要采用不受控整流机组供电方式,能量只能单向流动是造成城市轨道交通牵引网制动能量无法有效反馈至交流电网以及牵引网制动能量无法重复利用的主要原因;所设计出的城市轨道交通供电系统中的双向变流器装置既能为地铁牵引网提供电能,又能向电网有效回馈列车制动所产生的再生电能,达到牵引网和交流电网间电能双向传递的效果。

双向变流技术在轨道交通的应用

双向变流技术在轨道交通牵引供电领域的推广应用,使其优势和潜力得到了进一步认可。该技术不仅引导着未来的发展方向,而且具备多种功能,如双向能量流、可控功率流和可调输出直流电压等,为提高供电质量、降低线路损耗和减少杂散电流危害提供了强有力的支持。介绍了双向变流器在国内外的应用情况,描述了双向变流器的工作原理,并详细分析了该技术在城市轨道交通中的典型应用方案的技术优势及目前存在的不足。

考虑双向变流器的城市轨道交通列车节能运行一体化方法

目的:鉴于目前我国城轨节能压力巨大,节能一体化优化研究受到广泛关注,而双向变流技术作为提高再生能利用率、降低净能耗的手段之一,因此有必要开展考虑双向变流器的城市轨道交通列车节能运行一体化方法的研究。方法:以整条城轨线路作为优化对象,建立了考虑双向变流器的列车运行图与速度曲线一体化模型。针对此大规模优化问题求解效率低的问题,提出一种QPSO(Q学习PSO(粒子群))算法。以北京地铁燕房线上的列车实际运行数据为例,对考虑双向变流器的城市轨道交通列车节能运行一体化方法的有效性进行了仿真验证。结果及结论:相较PSO算法,QPSO算法具有更好的全局搜索特性;相较未考虑双向变流器的模型,考虑双向变流器的城市轨道交通列车节能运行一体化方法可以将再生能利用率由31.2%提高至74.8%,并降低净能耗26.9%。

双向变流器负极对地电压有源分析及抑制

城市轨道交通系统由于其“运输速度快、运量大、能耗低且环保”等一系列优点,在城市交通中发挥着越来越重要的作用。目前,列车牵引变流系统主要以半导体IGBT器件组成核心变流设备,此类设备运行工况一般电压等级较高、电流数值较大,其所引起的脉冲干扰通常会影响列车系统电磁兼容性能,进而影响车辆的稳定度与可靠度,负极对地电压引起的系统安全隐患问题便是常见问题之一。目前关于负极对地电压的研究主要集中在“牵引变流器共模干扰分析、城轨车辆牵引系统电磁干扰分析及优化、变流器传导干扰分析与磁环抑制作用研究、电力电子变换器共模电磁干扰分析及抑制技术研究、隔离型变换器共模传导干扰的建模与抑制方法研究,但这些研究以影响因素的理论分析较多,实验数据匮乏。

基于双向变流器牵引供电系统主接线方案研究

随着大功率双向变流器技术的发展,双向变流器在轨道交通中逐步得到应用,本文介绍了3种基于双向变流器的变电所主接线方案,并进行技术分析,为双向变流器的进一步推广提供新思路。

双向变流器在城轨牵引供电系统中的应用分析

城市轨道交通牵引供电系统采用交直交供电方式,列车运行过程中将产生大量的再生制动能量,可实现列车再生制动能量回馈、牵引供电、稳定直流网压以及对交流系统的无功补偿。期间将大功率双向变流器应用到城轨牵引供电系统中,也可实现列车再生制动能量回馈、牵引供电、稳定直流网压以及对交流系统的无功补偿,研究证明其具有显著的节能效果。本文主要探究双向变流器在城轨牵引供电系统中的应用。

基于双向变流器的风光互补系统在通信电源中的应用研究

文章概述了风能发电系统和光伏发电系统的原理和工作方式。针对传统通信电源的局限性,引入了基于双向变流器的风光互补系统,并探讨了双向变流器的原理、拓扑结构,进一步研究了风光互补系统与通信电源需求的匹配性。

低地板有轨电车DC/DC双向变流器的技术特征及应用

低地板现代有轨电车采用国内自主研发的非隔离型双向Buck-Boost变流器。随着超级电容在现代有轨电车上的广泛运用,DC/DC双向变流器成为现代有轨电车能量管理系统的重要组成部分。文章首先介绍DC/DC变流器和超级电容的功能特点;其次,根据运营线路有网区和无网区的供电切换,分析DC/DC双向变流器为超级电容充电、供电、放电的工作原理;最后,研究DC/DC变流器在使用过程中存在的不足及解决措施。DC/DC双向变流器的应用,进一步提高了超级电容的利用率及牵引系统的稳定性,避免电车频繁启动/制动时直流母线产生的母线电压波动,具有回收车辆再生制动能量的功能,对有轨电车安全平稳运行起到了决定性的作用。

交直流混合微电网中AC/DC双向功率变流器的新控制策略

交直流混合微电网中的AC/DC双向变流器,对系统的稳定运行和功率的协调分配有着重要作用。为了使直流微电网部分作为一个电压功率可控的单元接入交流母线,提出了一种新的AC/DC双向变流器控制策略,用于平衡交直流微电网间的功率流动并提高系统联网和孤岛运行的稳定性及可控性。在联网模式时,新方法基于dq坐标系,通过直流侧电压外环给定内环直轴电流参考值,进而控制功率流动和联网运行。孤岛模式时,新方法以交直流母线的电压差值作为外环,控制功率在交直流母线间的流动,使其互为支撑,提高系统稳定性。与传统的并网控制不同,新方法在电压控制的基础上引入有功功率控制项,很好地解决了并网时功率流动的问题。通过对双向变流器及其控制策略的分析研究,给出新方法的状态方程及控制框图。仿真结果证明了该方法的可行性和有效性。

用于电池储能系统并网的双向可拓展变流器及其分布式控制策略

随着储能系统规模的扩大,传统集中式变流器的结构已经无法满足其发展要求,分布式模块化的变流器结构及其控制系统成为发展趋势。提出了一种用于电池储能系统并网的双向可拓展变流器,给出它的2种拆解和拓展形式。在此基础上,分析了双向变流原理,与传统的电池储能变流原理不同,它完全通过控制电压源之间的幅值和相角差来改变功率的大小与流向,具有更好的静动态特性。针对传统集中式的控制方式,提出了双向可拓展变流器的分布式控制策略,将电网侧变流环节设计为被动功率控制,蓄电池侧变流环节设计为主动功率控制,避免了各控制器对功率调节的竞争,实现了电网侧和蓄电池侧变流环节控制系统的完全解耦,同时保证了变流器始终工作在单位功率因数的状态下。仿真与实验结果均与理论分析一致,变流器在稳态和暂态过程中都能正常工作,且达到了控制要求。

电动汽车与电网能量交互的双向变流器拓扑研究

针对国内外广泛关注的电动汽车与电网互动技术,对二者能量交互的接口——双向变流器进行了研究。首先分类介绍了几种典型的适用于电动汽车充放电机的电路拓扑,并对其主要特点和基本原理进行了比较和分析。在此基础上,提出了一种新颖的高功率因数双向单级全桥变换器(bi-directional single-phase single-stage full-bridge converter,BSS-FBC)拓扑,相比其他典型拓扑,该变换器具有效率高、功率密度高、谐波污染小、体积小、成本低、控制简单等特点。介绍了该拓扑的工作原理和设计要点,采用二重傅里叶积分方法对该拓扑进行了谐波特性分析。基于所提出的拓扑及控制方案,制作了一台功率为3.3kW的样机,通过仿真和实验验证了该变换器的优良性能。

改进型双向Z源储能变流器拓扑结构及空间电压矢量调制策略

针对传统Z源逆变器电容电压应力高、启动冲击电流大、存在非正常工作状态、能量无法双向流动等缺点,提出了一种改进高性能双向Z源变流器拓扑。将改进型Z源逆变器中的二极管用一个带有反并联二极管的全控开关代替,通过对全控开关的控制,使Z源电感中的电流可反向流动,电感电压始终被钳位在电容电压,进而消除传统和改进型Z源逆变器在小电感或轻载下出现的非正常工作状态,保持直流链电压稳定。此外,控制电感电流的反向流动还可实现能量由交流侧向直流侧回馈。在理论分析的基础上,提出了一种改进型空间电压矢量调制策略。仿真结果表明,所提拓扑的电容电压应力和启动冲击电流比传统拓扑的更小,可在纯无功负载下运行,并可实现能量的双向流动。