一种新型变换器的研究及特性分析

本文提出了一种新型的变换器,能够满足宽范围输入电压的要求,同时能够实现开关管的零电压导通和关断,使得变换器的效率能够得到大大的提高,同时对其特性进行了分析。最后通过实验验证理论分析。

一种开中性点的新型级联型变换器

为了提高多电平变换器的输出性能,该文提出一种开中性点的新型级联型变换器。该变换器由级联H桥和半桥电路串联而成,通过增加一个简单的半桥电路可以实现输出电平几乎翻倍的效果。同时,半桥电路无需电压源,仅用电容供电,且无需任何闭环控制即可达到充放电平衡,从而实现电容电压的自平衡。该文首先介绍了新型变换器的拓扑结构及工作原理;其次,为了实现变换器的正常运行,引入简化算法作为其调制策略;最后,在并网条件下进行仿真和实验分析,结果显示该变换器能够在低开关频率下获得高质量输出波形,验证了该变换器的有效性及优越性。

一种基于并充串放电变换的新型直流风电机组及其控制技术

直流风电机组(DC wind turbine,DCWT)作为全直流风力发电系统的关键基础设备,其高效的拓扑结构和稳定的控制策略对于全直流风力发电系统的运行有着重要的影响。为解决目前DCWT电能变换环节过多造成的效率较低、自启动控制难度高以及故障穿越时对辅助电路依赖造成的可靠性较低等问题,提出了一种基于并充串放电变换的新型直流风电机组的拓扑结构。基于该拓扑中所采用的新型直流变换器中半桥桥臂与全桥桥臂在低压侧并联、高压侧串联的动态连接方式的特点,设计了该DCWT在不同工况下的运行控制策略;并分析了DCWT在损耗、自启动、直流故障处理等方面的运行特性。通过对比计算,验证了所提新型DCWT拓扑在通过减少电能变换环节,可有效提高能量传输效率;另通过PSCAD/EMTDC搭建了基于新型DCWT的并联型全直流发电系统仿真模型,经风电系统内DCWT在稳态、动态等正常运行工况以及故障DCWT动态切入切出、直流短路等故障运行工况下的仿真,验证了该新型DCWT在具有可行性的前提下,具备较低控制难度的自启动方式以及高可靠性的故障穿越能力。

适用于大功率工况的双向直流变换器

针对大功率双向并联直流变换器存在的均流问题,提出了一种适用于大功率工况的新型并联双向CLLC转换器,该变换器不仅能够实现良好的软开关特性,而且能够实现系统负载自动均衡。介绍了新型并联双向CLLC转换器的工作原理,并通过仿真和实验验证了电路拓扑的有效性。

新型准Z源级联升压变换器

在准Z源升压变换器的基础上提出一种新型的准阻抗源级联DC-DC变换电路,在开关管占空比和输入电压相同的情况下,具有范围更广的实用输出电压并且效率更高。电路拓扑由大升压比阻抗网络依序级联构成,大升压比阻抗网络是由储能电感L1和依序级联的两个相同的SLCC型二端口阻抗网络单元串联构成。用MATLAB/Simulink对电路仿真,最后在仿真结果的基础上用TMS320F2812搭建出实验电路,实验结果和系统仿真结果共同验证了电路结构的可靠性和正确性。

燃料电池发电系统中新型直流变换器的研究

针对燃料电池输出端电压低且变化范围宽,需较高的直流电压增益才能实现并网发电的特点,文章研究了一种基于交错控制和平均电流控制的新型高增益直流变换器,该变换器不仅具有较高的电压增益、合适的占空比、脉动较小的输入输出电流纹波,开关管承受的电压电流应力远远低于传统的二次型Boost变换器,而且控制电路简单等特点。文章详细分析了该变换器的工作原理、稳态性能,并对其进行了小信号的建模分析,通过仿真验证了所研究的拓扑电路和控制方法的可行性。

电动汽车中新型双向DC/DC变换器建模分析

非隔离型双向DC/DC变换器广泛应用于混合直流供电系统中,针对电动汽车超级电容与蓄电池的混合供电系统,以新型交错并联型Buck/Boost变换器为研究对象,采用状态空间平均法,建立了Boost状态连续模式(CCM)下的交流小信号模型,得到了电路模型的开环传递函数。分析幅频特性曲线可知,变换器低频段斜率为0 d B/dec,系统存在稳态误差,中频段穿越频率过高,系统超调量较大,高频段以-20 dB/dec斜率变化,高频抗干扰能力较差。基于此,为变换器设计了平均电流补偿网络,理论分析系统的稳定性、动态响应速度和高频抗干扰能力都得到提高。同时仿真验证可知:当输入及负载跳变时输出电压在10 ms内都能快速稳定,且输出电压波动不超过1.5%,满足电动汽车储能系统要求。

适用于高压宽输入新型三电平LLC谐振变换器

在高压大功率轨道交通电源应用中,常使用三电平变换器,因其主开关管承受的电压应力仅有输出电压的一半。但是三电平输入电压高,伴随高开关损耗,导致效率低下,因此在使用三电平拓扑时需应用软开关技术以降低损耗。提出了一种适用于高压宽输入新型三电平LLC串联谐振变换器,该拓扑不仅能实现良好的软开关性能,而且能实现电流均衡。分析了该变换器的工作原理,通过仿真和实验对该拓扑的有效性进行了验证。

燃料电池发电系统中功率变换器的研究

针对燃料电池输出电压等级较低变化范围较宽的输出特性,研究了一种新型变换器,该变换器由前级高增益直流变换器与后级交流变换器组成级联结构。高增益直流变换器采用平均电流控制策略,实现了较高增益的升压及稳压功能,且具有较低开关管电压/电流应力;后级交流变换器采用改进型虚拟同步发电机算法,能够快速准确的跟踪负荷变化、实时无误差的调节频率并具有良好的无功电压下垂特性。通过分析可知:仿真时前级直流输出电压一直稳定在700 V,当无功功率增加200 Var时,电压幅值的波动约为0.5 V,逆变器输出频率不随负荷的波动而发生变化,稳定在50.012 Hz;实验时该直流变换器具有较高的电压增益,可达20倍的增益,并能够稳定在期望值50 V附近稳定工作。仿真及实验分析都验证了采用的拓扑电路结构和控制方法的可行性。

新颖的单相电压型准Z源交交变换器

提出了新型级联升压准阻抗AC/AC变换器的电路拓扑,分析了电路的基本结构和工作原理。这种电路拓扑可以与原始准Z源制定相同的调制方法进行操作,而且仅比原始准Z源拓扑的有源开关数量多2个。采用脉冲宽度调制法对电路进行控制从而改变输出电压,利用电感伏秒特性,用MATLAB/Simulink对电路仿真,最后在仿真结果的基础上用TMS320F2812搭建出实验电路,实验结果和仿真结果共同验证了电路结构的可靠性和正确性。

六相开关磁阻电机N+2功率变换器断路故障状态下的中点电流特性分析

针对多相开关磁阻电机(switchedreluctancemotor,SRM)功率变换器结构复杂、体积大、成本高,电机本体出线过多等问题,该文提出一种N+2式功率变换器拓扑,并将其应用于六相SRM。该拓扑采用2个开关管代替裂相式拓扑中的中点分压电容,可有效地减少功率变换器的成本和重量,同时具有一定的容错运行能力。另外,由于2个中点开关管的引入,各相并非完全独立运行,中点电流包含各相电流的信息。该文介绍在5种不同故障情况下中点电流的变化情况,对比不同故障对输出转矩的影响。最后利用一台12/10结构的六相SRM对提出的N+2功率变换器进行相关实验。观测正常工作状态和不同故障状态下相电流、中点电流等特征波形的变化。实验结果可以验证理论分析的结果。

串并联型海上风电场机组均压控制

针对串联型风机簇产生弃风的问题,在直流侧添加基于超级电容的储能单元,并在串联簇中设置一台参考机组,通过控制双向DC/DC变换器的吸收、释放电能,使同串联簇中除参考机组之外的其他机组向直流汇集母线上输出的功率相同,使直流风机风电功率和风机出口电压一致,实现基于超级电容储能的直流机组的均压控制,以此减少直流风机串联簇各机组间的风电功率差,降低弃风率。针对传统两相DC/DC变换器电感电流纹波大,两相电流不均衡等问题,采用了一种移相均流控制策略。最后,在Matlab/Simulink搭建了仿真模型,仿真结果验证了所提出的策略的有效性。

效率为98%的单相和三相单级交流-直流变换器拓扑结构

目前在电力电子技术研究领域,具有隔离和功率因数校正功能的单级AC-DC变换器,均是依赖于全桥整流的新型变换器。当前的单相AC-DC变换器是基于传统的脉宽调制(PWM)变换方法实现的,它至少包括三个不同的功率信号处理级:全桥整流器、BOOST PFC变换器和串联隔离式全桥DC-DC变换器,共用到14个开关器件和3个磁性元件,这些都对变换器的效率、尺寸和成本限制产生影响。本文所介绍的混合变换方法实现了一种新型单级AC-DC变换器拓扑结构,是一种只包括三个开关器件和一个磁性元件的非桥型PFC变换器。这种变换器具有98%左右的效率、0.999的功率因数和总共仅1.7%的谐波畸变。三相整流器包含了三个这样的单相整流器,它利用了特斯拉三相转换系统的优点,可以进行三相系统的输入功率到直流输出功率的瞬态转换,具有高频光隔离,0.999的功率因数,低谐波畸变(1.7%),较小的尺寸和成本等特点,而且效率达到了98%。

面向微电网的新型储能系统设计

储能系统可以保证直流母线电压的稳定,是各类交、直流微电网系统安全、可靠运行的保证。设计的储能系统主体部分采用新型双向直流变换器,以TMS320F2812为主控核心输出PWM波,并通过驱动电路控制功率开关器件的导通及关断。同时将直流检测电路采集的电压和电流信号送还至主控核心处理,从而调节PWM占空比,使蓄电池恒压或恒流充、放电,系统实现能量的双向传输。最后对设计的变换器进行仿真,验证其准确性。