多有源桥型PET开关死区的电磁暂态等效建模方法

电力电子变压器(power electronic transformer,PET)可实现多电压等级和电能形态变换,将在柔性直流配电网中发挥重要作用。随着电力电子器件开关频率的不断提高,死区的影响已不容忽略。目前,针对死区的分析均基于仿真效率极低的详细模型,而采用平均值建模思想的加速模型虽然可以考虑死区的整体影响,但无法准确反映PET内部暂态特性。为在反映开关死区精度的同时提高效率,需要在PET的电磁暂态等效模型中集成开关死区的功能。基于此,该文以多有源桥型PET拓扑为例,首先基于其等效电路的生成过程和开关死区的控制策略,将死区分为单侧死区和双侧死区,并分别进行等效建模。随后针对不同的死区设置和控制参数,建立不同模式的多有源桥型PET的死区电磁暂态等效模型。最后,在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建电磁暂态详细和等效模型,对比结果表明,考虑死区的PET等效模型可以提高整体仿真精度,并且具有较高的加速比,因此可以更好地满足工程测试和仿真需求。

多有源桥型电力电子变压器简化电磁暂态等效模型

电力电子变压器是柔性直流配电网的关键设备,其高频特征导致仿真步长小,在多有源桥等场合下其详细电磁暂态仿真效率依然较低,需要进行提速。文中提出了一种级联H桥型多有源桥电力电子变压器简化电磁暂态等效模型,分析了多有源桥的结构特征。对于级联H桥慢变电路,采用开关函数模型划分电路状态;对于多有源桥快变电路,以广义状态空间平均法为基础,实现傅里叶分解并保留关键次谐波特征的等效。此外,提出了不同级联方式下端口电气值处理方法,在保留精度的前提下提升仿真加速比。在PSCAD/EMTDC中实现了输入串联输出并联型多有源桥电力电子变压器的详细模型和简化等效模型建模。仿真结果表明,与详细模型相比,简化电磁暂态等效模型具有相似的精度和更高的效率。

基于多端口直流变压器的氢燃料电池-储能协调控制策略

面向氢燃料电池在微网领域日趋广泛的应用,依托宁波慈溪氢电耦合直流微网示范工程中的风/光/氢燃料电池直流互联系统,研究其氢燃料电池接入的核心设备——三端口直流变压器的端口功率协调控制策略。为缩短仿真时间,提出并采用了一种适用于多模块串并联多有源桥结构直流变压器的开关周期平均模型,并应用该等效简化模型提出了一种燃料电池-储能混合供电系统能量协调控制策略。该控制策略可根据储能系统荷电状态、各端口功率容量、燃料电池动态响应速度等因素对各端口功率指令进行优化调整与智能分配,避免燃料电池发电功率过快变化、储能系统过充过放,并最大化氢能发电占比。经实际样机测试与MATLABSimulink仿真验证,该协调控制策略在直流变压器的多种控制模式下均有良好的工作性能,功率控制端口的实际功率可以跟随快速变化的指令值,负荷突变时电压控制端口的实际电压波动均能控制在4%以下。

共高频交流母线的电能路由器功率分配算法研究

相较于共直流母线拓扑,共高频交流母线拓扑的电能路由器具有模块化和可扩展的优势,可灵活实现不同电压和功率等级的多端口扩展。作为多端口电能路由器的典型拓扑,对基于模块化多有源桥换流器的电能路由器进行了研究,其允许多个功率源和负载的连接以及能量的双向流动,各端口功率流控制依赖于各端口间脉宽调制信号的相移值。鉴于各端口相移值间存在耦合关系导致计算困难,提出了一种新的电能路由器功率分配算法,依靠相移值的在线迭代计算,避免了相移值间非线性方程的直接求解,简化了各端口控制相角的计算,实现了各端口功率的自主分配。

共高频交流母线的电能路由器直流端口控制策略

在电能路由器的开发中,共高频方波交流母线的拓扑得到越来越多的关注。相较于传统的共直流母线拓扑,共交流母线的模块化多有源桥拓扑在模块化设计的基础上,可以灵活实现不同电压与功率等级的端口扩展。对该拓扑的两部分电路(模块化多有源桥和电压平衡器),分别设计了对应控制策略以实现对直流端口的控制。给出了端口在恒功率、恒压2种运行模式下的稳态运行及模式切换的控制策略。针对双极性直流端口,给出了对应的电压平衡器的建模与控制策略。最后,通过仿真和实验样机对策略进行了验证。

一种母线电压低波动的电力电子变压器

在中高压配电网中,为了达到高压侧电压等级要求,电力电子变压器(PET)的拓扑中常使用级联H桥作为整流级。由于级联H桥变换器直流母线分立,在输入单位功率因数下会产生难以滤波消除的直流母线电容电压二倍频低频波动,使得PET需要使用大容值的直流母线电容器,体积因而大大增加。文章针对采用级联H桥整流级的三相中高压PET,对其拓扑进行改进,采用多有源桥进行三相悬浮直流母线功率的传递,从而抑制高压侧直流母线电容电压的波动,并减小高压侧直流母线电容器容值。文章论证了新拓扑的可行性,并给出了各变换级的控制策略,同时进行了仿真验证。

基于磁路耦合的电力电子变压器直流变换技术

针对模块串联型电力电子变压器中变压器数量多、绝缘要求高的问题,设计了一种基于磁路耦合变压器的多有源桥直流变换器结构,能够提高模块化程度和减少高频变压器端口数目,提升系统功率密度。该变换器采用多磁芯高频变压器,变压器原边具有多绕组结构,对应多模块的串联,以满足输入高电压等级的要求;副边则采用单一绕组,对应全桥或多个全桥电路的并联,以承受副边较大的电流应力。改进的变换器在高压侧保持模块化结构,并且将变压器的磁芯和原边绕组集成到高压模块中,而低压侧使用统一的绕组和变换器,降低了高频变压器的设计难度。最后给出了该拓扑的等效模型和工作原理,并通过实验验证了所提变换器结构的可行性。

基于MAB的PET多线程并行等效建模方法

基于多有源桥(multiple active bridge,MAB)的电力电子变压器(power electronic transformer,PET)具有“模块化,大规模,高复杂度”的特点,相比与其他基于双端口功率模块的PET拓扑,其电磁暂态加速仿真面临更大的困难。为提高仿真效率与CPU利用率,文中提出一种适用于MAB型PET的并行等效建模方法。首先,根据“变压器端口解耦”的思路,建立PET串行等效模型。然后,利用所提等效方法的高度可并行性,给出等效模型多线程并行仿真框架,并进行并行算法评价与影响因素分析。通过PSCAD/EMTDC仿真验证,所提等效模型能够对详细模型进行多工况高度拟合,串行等效模型加速比可达2~3个数量级。在最优并行线程数下,并行等效模型可实现对串行模型2~3倍的二次加速。

共交流母线多端口变换器高频振荡特性分析

在大容量多端口电力电子变换器中,基于模块化多有源桥(MMAB)的共交流母线拓扑具有端口隔离、模块化和损耗低的优点,近年来开始得到越来越多的关注。相对于直流母线,高频交流母线存在着固有的高频振荡。母线电压的振荡会增加变换器损耗,危害系统的安全运行,同时单个模块振荡会对其他互连的模块造成影响。该文以两模块单元组成的两种基本变换器为对象,研究了基于模块化多有源桥的共高频交流母线变换器中的振荡问题。利用频域分析,对系统振荡和高频变压器、电感和器件杂散电容等参数的关系进行了推导,给出了不控和受控2种模式下交流母线高频振荡的关键因素。最后,通过变换器在不同工作模式下以及2个模式间切换的实验,对上述结论进行了实验验证,为后续降低和消除高频母线振荡奠定了基础。