基于桥臂功率特征的全-半混合型柔性直流输电线路保护

全-半混合型柔性直流输电系统具有故障自清除能力,能在一定程度上解决因高压直流断路器技术滞后导致的柔性直流输电容量提升困难问题,是新能源发电大容量远距离输出的解决方案之一。但全-半混合型柔性直流输电对保护时间提出了更高要求,需要在更短时间内实现故障识别。该文基于能量观点分析了直流线路故障下桥臂功率特征,提出基于桥臂功率特征的全-半混合型柔性直流输电线路保护方法,能够在1 ms内识别直流线路故障,实现故障选极。最后,通过大量实时数字模拟(RTDS)实验验证了该方法的可靠性高、选择性好,且具有较强的耐过渡电阻能力和抗干扰能力。

零电压零电流不对称半桥串联混合式直流变换器

提出一种ZVZCS不对称半桥串联混合式直流变换器。该变换器的主开关管的电压应力为输入电压的一半,从而使该变换器非常适合高压输入场合。利用副边的辅助电路在宽负载范围内实现了滞后管的零电流软开关(ZCS),并克服了以前出现的ZVS半桥串联混合式直流变换器所存在的2个半桥分压不均衡的固有缺点,从而使该类拓扑更加实用。此外,由于实现了ZVZCS,变压器原边环流基本被消除,变换器的效率得到进一步提高。文中详细分析了该变换器的工作原理,阐述了其工作特性,在此基础上设计并制作了1台240W(输出24V/10A)的原理样机,并给出了实验结果。

半桥-全桥混合型柔性直流输电系统实时仿真技术研究

基于实时仿真技术的高压/特高压直流输电控制保护系统半实物仿真测试,是一种重要的技术研究与工程设计手段,其核心是柔性直流换流器的实时仿真模型。研究了大容量高电压模块化多电平换流器的实时仿真建模技术;尤其针对一种适用于特高压直流输电系统的半桥-全桥混合型柔直换流器,提出并实现了开关信号等效的建模方法,仿真结果表明该方法具有很高的精度,且不需要额外仿真机设备。搭建了一个三端特高压直流输电仿真系统,并结合真实的柔直控制保护设备进行了一系列半实物仿真测试。测试结果表明,本文提出的仿真系统能够满足半桥-全桥混合型模块化多电平换流器的控制保护系统半实物仿真测试需要,初步验证了特高压多端直流输电系统的控制保护策略。

半桥式双向DC-DC变换器的优化控制研究

双向DC-DC变换器在混合动力汽车和直流不间断供电系统等场合应用广泛。半桥式是双向DC-DC变换器最常用的拓扑结构,其一般采用PWM的控制方式,但使用此控制方式下电路存在较大反向电流。针对减小电路反向电流这一目标,在半桥双向DC-DC电路拓扑中使用峰谷值双门限控制方式。然后通过PSIM仿真与搭建实验样机,对两种控制方式下半桥双向DC-DC电路反向电流进行对比,验证了该控制策略在半桥双向DC-DC电路拓扑中应用的可行性,实现了减小电路反向电流的目标。

双半桥与并联全桥子模块混合MMC均压与直流故障控制研究

子模块混合型模块化多电平换流器高压直流输电（modular multilevel converter HVDC,MMC-HVDC）兼具直流故障穿越能力和较好的经济性,然而当子模块数目众多时,面临控制器排序均压计算量大和传感器实时性要求高等问题。该文针对由双半桥子模块和并联全桥子模块构成的新型混合MMC,分析其并联均压特性,在此基础上提出新型混合MMC的阀段间和阀段内均压控制策略;通过分析子模块闭锁特性,设计直流故障控制策略。在PSCAD/EMTDC中的电磁暂态仿真结果表明,采用所提均压控制策略可在有效降低对控制器性能和传感器精度要求的前提下,实现新型混合MMC子模块电容电压全局良好均衡,并验证了直流故障穿越控制策略的有效性。

基于电流源半桥变换器的光伏直流模块研究

研究了一种应用于光伏直流模块的电流型半桥变换器,通过对该变换器工作原理的分析,指出了该变换器在控制时存在控制信号重叠而导致其起动较为困难及轻载不易控制输出电压的问题。针对上述问题,提出了一套基于数字控制和模拟控制相结合的优化控制方案,并对变换器进行了综合的设计。在250W的光伏直流模块样机上进行了实验研究,实验结果表明:所提出的一套控制方案能够使电流型半桥变换器在高频工作情况下,完成基本的MPPT控制或输出电压控制(由变换器功率状态决定),同时实现对变换器起动和轻载工作问题的优化。

半桥三电平LLC变换器宽范围输出电压控制策略

半桥三电平LLC(HBTL-LLC)谐振变换器电压应力小、功率密度高、软开关范围大,因此受到广泛关注和应用,但存在输出电压可调范围小、软开关难以实现等问题。这里在分析HBTL-LLC谐振变换器工作原理的基础上,提出一种3段式混合控制策略:增益较大时釆用调频控制,而在增益较低时釆用移相控制,若移相角达到实现软开关的临界值且增益仍然偏高,则釆用变频burst控制,从而扩大输出电压的调节范围,提高低压输出时的电源效率。最后,设计了一台500V/15A样机并进行了相关分析和实验,结果验证了所提3段式混合控制策略的可行性和有效性。

并联全桥LLC谐振变换器直流母线电压控制方法

为了解决并联全桥LLC谐振型DC-DC变换器直流母线电压控制问题,提出了一种基于半桥/全桥结构切换的控制策略。在轻载的工况下通过改变开关管驱动信号,将全桥LLC转化为半桥LLC,解决了在光伏储能微电网中直流母线电压无法精确控制的问题。同时利用电压死区控制器和电流死区控制器,达到直流母线电压控制和两路并联均流的效果。为了验证方法的正确性和有效性,利用7 k W样机进行了实验验证。结果显示,该方法有效降低了电压纹波,缩短了负荷投切时的电压调节时间,并实现了两路并联均流。

L6599控制的半桥LLC谐振变换器设计与实现

LLC谐振变换器非常适合应用于高效率和高功率密度的场合,成为目前新型谐振变换器的典型代表。文章首先简要介绍了半桥LLC谐振变换器的工作原理和优点,然后计算了主电路和控制电路的主要参数,并根据参数计算结果选择电力电子元器件,最后研制并完善了实验样机。样机实现了变压器漏感充当谐振电感与变压器励磁电感和谐振电容谐振,主开关管实现ZVS,控制电路实现单管自举驱动,验证了文章的正确性和可行性。文章为后续研究奠定了理论和实验基础。

一种新型四象限混合型模块组合多电平变换器

传统级联型多电平变换器用于高压大容量电机变频调速系统的最大问题在于,需要采用体积庞大的多绕组工频变压器为各功率单元提供独立的直流供电电源。为解决这一不足,提出一种无需工频变压器耦合的新型四象限混合型模块组合多电平变换器(hybrid modular multilevel converter,HMMC)。HMMC由三桥臂功率单元(three-leg power unit,TPU)、半桥功率单元(half-bridge power unit,HPU)和桥臂电感级联而成,具有高度模块化、易于扩展、输出电压波形好等特点。深入分析HMMC的拓扑结构、工作原理及相应的控制策略,并设计一台三电平HMMC试验样机,实验结果验证了提出的理论分析和控制策略的有效性和正确性。

混合型MMC启动策略及全桥子模块数目配置研究

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)是柔性直流输电的研究热点。由半桥子模块(Half-bridge Sub-module,HBSM)和全桥子模块(Full-bridge Sub-module,FBSM)组成的混合型MMC非常适用于大容量架空线输电系统。考虑到混合型MMC的拓扑结构特点,首先提出了一种分段式启动控制策略;然后分别对两种最常见的直流故障(单极接地短路和双极短路)的故障机理进行分析,并结合故障机理提出两种子模块的数目配比方案;最后在PSCAD/EMTDC仿真环境中建立了401电平,±320 k V,1 000 MW的混合型MMC模型,对论文所提出的启动策略和直流故障穿进行仿真分析,结果证明了所提出控制策略的有效性。

混合型MMC全桥子模块的配置比例优化设计

由半桥子模块(half-bridge submodule,HBSM)和全桥子模块(full-bridge submodule,FBSM)组成的混合型模块化多电平换流器因具备无闭锁直流故障穿越能力,成为了柔性直流输电领域的研究热点。首先,对混合型MMC的拓扑结构进行分析,并介绍无闭锁故障穿越的机理。为降低FBSM的配置比例,减少换流站投资成本,在桥臂电压调制波中注入三倍频电压的条件下,对直流侧短路故障工况、降压运行工况进行了FBSM配置比例优化设计。计算表明,桥臂调制波中未注入三倍频电压时,FBSM配置比例需达到50%,注入三倍频电压后,FBSM配置比例达到43.3%即可实现系统的稳定运行。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建401电平双端混合型MMC仿真模型,仿真结果验证了理论分析的正确性和三倍频电压注入优化策略的有效性。

基于可变拓扑结构LLC变换器的新型混合调制策略

为进一步提升开关电源轻载时的工作效率,基于可变拓扑半桥LLC谐振变换器提出一种新颖的混合调制策略,使变换器在重载、轻载时皆实现软开关,运行效率高。对半桥LLC谐振变换器的工作原理以及工作模式进行详细分析,讨论LLC变拓扑变换器最高效率运行轨迹,在此基础上设计基于最优状态平面轨迹的新型混合调制策略,对其轻载效率和控制品质做进一步优化。仿真结果证实了此技术方案的可行性和有效性。

混合储能系统拓扑及其多模式综合协调控制

在分布式发电系统中,储能系统要同时具备高功率密度和高能量密度的特点,单种储能元件往往难以达到这个要求,蓄电池与超级电容在性能上具有很强的互补性。此处将蓄电池与超级电容分别通过双向半桥变换器连接到直流母线上构成混合储能系统(HESS),蓄电池稳定直流母线电压以维持母线上能量供需平衡,超级电容迅速提供负载波动功率高频分量,抑制负载突变对直流母线造成的冲击。分析了负载功率高频分量的检测方法,建立了双向半桥变换器的数学模型和4种模式下的控制策略。利用DSP实现储能系统的综合控制,通过仿真和实验验证了系统控制策略的有效性。

电动汽车双向DC/DC变换器的设计

采用全桥谐振C-LCLC变换器和模糊PID控制的半桥Buck-Boost变换器,组成两级式双向DC/DC变换器拓扑;并根据等效模型计算出谐振元件参数,即变压器的匝比为1∶1,输入输出电压为400 V,谐振电感为100μH,谐振电容为2.53μF,半桥Buck-Boost变换器中的滤波电感为5000μH,滤波电容为12.7μF。仿真结果表明,全桥谐振C-LCLC谐振变换器输入电压与输出电压一致;模糊PID控制策略可有效降低充电状态下电压超调量,缩短调节时间,提高系统的抗扰动能力,说明所采用的设计工艺能有效提高电动汽车变换器的动态、稳态性能和抗扰动能力。

一种适用于直流配电网中半桥-全桥混合型MMC的全电平逼近调制策略

为改善半桥-全桥混合型子模块数量较少的模块化多电平换洗器(modular multilevel converter,MMC)运行性能,推进其在直流配电网等中低压领域的应用,提出了一种全电平逼近调制策略(full level modulation,FLM)。所提FLM利用全桥子模块(full bridge submodule,FBSM)的全电平输出能力,控制桥臂中某一FBSM运行于“脉宽调制(pulse width modulation,PWM)模式”,将所得全电平PWM波与原阶梯波叠加以进一步逼近正弦调制波。子模块工作模式由电容电压排序结果确定,相单元中任意时刻均有两个FBSM运行于“PWM模式”,输出互补的全电平PWM波。基于Matlab/Simulink的仿真结果和物理实验结果表明,在所提FLM调制策略下,交流侧电压电流质量远高于传统最近电平逼近调制策略,运行损耗、控制复杂度及循环电流均优于传统载波移相脉冲宽度调制,满足中低压领域的调制要求。

蓄电池与超级电容混合储能系统的控制策略

在分布式发电系统中,储能系统要同时具备高功率密度和高能量密度的特点,单种储能元件往往难以达到这个要求,蓄电池与超级电容在性能上具有很强的互补性。本文将蓄电池与超级电容分别通过双向半桥变换器连接到直流母线上构成混合储能系统,蓄电池稳定直流母线电压以维持母线上能量供需平衡,超级电容迅速提供负载波动功率高频分量,抑制负载突变对直流母线造成的冲击。分析了负载功率高频分量的检测方法,建立了双向半桥变换器的数学模型和四种模式下的控制策略。利用DSP实现储能系统的综合控制,通过仿真和实验验证了系统控制策略的有效性。

柔性直流配电网混合拓扑变流器的自治控制

针对柔性直流配电网中混合拓扑模块化多电平换流器(MMC),提出一种适用于其并网和孤岛运行的自治控制策略,以提高直流配电网的可靠性。首先,提出混合MMC功率模块等效电容储能与变流器侧交流电压矢量角频率增量间的比例控制结构,作为变流器自治控制外环,实现利用变流器自身子模块电容缓冲功率波动的目的,与传统虚拟同步机外环所采用的惯性环节相比,动态响应速度有所提升。其次,设计总体控制结构包括自治控制外环和电流内环,其中,外环提供系统惯性,内环实现电流跟踪控制和对暂态电流较强的抑制。进一步地,建立混合MMC自治控制小信号模型,分析惯性等主要控制参数对系统特征根分布和稳定性的影响。最后,搭建直流配电网混合MMC仿真模型,分别对孤岛和并网运行方式以及暂态故障进行仿真,验证所提自治控制策略的正确性和有效性。

具有直流故障自清除能力的新型MMC子模块及其混合拓扑

针对传统半桥型模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converters,MMC)在高压大功率领域不能通过换流器自身控制来实现直流故障的阻断问题,提出一种新型的类半桥型(Similarity Half Bridge Sub-Module,SHBSM)子模块拓扑结构。直流侧发生极间短路故障时,需同时闭锁所有IGBT脉冲信号。为降低IGBT触发一致技术要求,进一步提出一种类半桥-半桥混合型子模块,无需所有IGBT同时闭锁。在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建双端MMC-HVDC系统,仿真结果表明,所提出的类半桥型子模块,类半桥-半桥混合型子模块MMC能有效阻断直流侧故障电流,隔离故障。相比于传统半桥型子模块MMC,类半桥型子模块MMC以及半桥-半桥混合型子模块MMC均无需增加IGBT的投入,即可以实现对直流侧故障电流的有效阻断,因此,具有较好的应用前景。

电液伺服阀常用电-机械转换器性能对比与分析研究

针对电液伺服阀常用九种电-机械转换器的结构特点进行了对比与分析,并且对每种电-机械转换器的优缺点进行了分析研究,并且对当前常用的力马达和力矩马达进行了归纳总结。