双有源桥型电力电子变压器电磁暂态实时低耗等效模型

电力电子变压器(PET)是柔性直流配电网中电能变换的关键设备。受仿真资源限制,现有PET电磁暂态(EMT)实时仿真规模较小,无法满足大容量系统硬件在环测试与快速仿真需求。文中提出一种双有源桥(DAB)型PET实时低耗等效建模算法。首先,深入挖掘了DAB高频链端口解耦模型的二值输入导纳特性,并从数值分析与物理意义两个层面进行了阐述。以此为基础,构建了具有N+1特性的PET高频链端口解耦模型。其次,提出了基于有限存储的低内存占用EMT解算方案、紧凑型低延时仿真框架、分组并行流水线计算硬件实现方案,降低了所提等效模型在实时仿真中对存储内存、计算时钟和硬件资源的需求。最后,在RT-LAB中完成了基于Verilog语言的250 ns实时低耗等效仿真模型开发,并进行了所建模型仿真精度和资源利用率测试。

基于虚拟同步电机控制的电力电子变压器系统仿真与实验

本文提出了一种基于虚拟同步电机控制技术的电力电子变压器仿真系统,并针对其电压、功率的调控效果设计了仿真实验。该仿真系统由主电路和控制电路两大部分构成,使用高压和低压交流接口控制器。在构建仿真系统、设计仿真参数的基础上,分别开展了高压交流接口电压支撑仿真实验和频率支撑仿真实验,以及低压交流接口并联运行仿真实验。结果表明,本文设计的电力电子变压器仿真系统,在配电网电压幅值和频率波动时,可以快速完成调节,使电压幅值和频率重新回归正常;低压交流侧系统的有功和无功功率发生波动变化,会根据自身容量比例输出相应的功率,达到“功率均分”的效果,有助于保证配电网的稳定运行。

共高频母线多端口电力电子变压器启动及预充电控制策略

共高频母线电力电子变压器(high-frequency-bus-based power electronic transformer,HFB-PET)的内部电磁耦合关系复杂、各端口工作模式灵活多样,必须采用性能优越、适应性强的控制策略确保其功能单元有序上电和正常启动。现有启动策略一般针对共直流母线PET而设计,对其预充电过程缺少数学建模,在实际应用中面临不确定性且很难直接推广应用于多端口HFB-PET。在不改变HFB-PET主电路拓扑的前提下,通过设置启动优先级和“主电源”端口的方式设计了一套分步启动流程,适用于HFB-PET的任意工况。另外,还设计了一种基于占空比递增的预充电策略,并对初始占空比和占空比增量进行了数学描述,为预充电控制的实施提供了理论支撑。最后通过仿真和实验验证了所提启动及预充电策略的有效性。所提控制方法无需新增额外设备且不影响HFB-PET的稳态特性,具备无浪涌电流、工况适应性强等优势。

高压大容量电力电子变压器中高频变压器研究现状和发展趋势

电力电子变压器是智能电网、电动汽车、军事航空等多个领域应用的关键设备。随着电力电子变压器不断向高压大功率发展,其相关理论和关键技术获得了不断关注。目前,针对电力电子变压器变换效率不够高、开关管电流应力较大、模块间电压功率不平衡等问题,已经有了一些研究和解决方案。然而,对电力电子变压器的DC-DC变换器中核心部件-高频变压器而言,尤其是高压、高频和高温下高频变压器仍然存在很多关键问题需要研究和解决。针对高压大容量电力电子变压器的研究背景,围绕其中高频变压器的关键问题展开论述。在总结大量文献的基础上,首先,论述了高频变压器应用于电力电子变压器中的复杂工况;然后,着重分析了高频变压器磁芯、绕组、绝缘和散热的研究现状;据此进行思考和总结,提炼了高频变压器存在的关键问题;最后,对高频变压器的研究现状进行了总结,针对存在的问题展望了其未来发展趋势。

面向电力电子变压器应用的大容量高频变压器技术综述

作为电力电子变压器和隔离型DC-DC变换器的核心部件,大容量高频变压器关键技术直接影响整个电力电子装备的性能。文中首先梳理和归纳大容量高频变压器的应用场景、应用实例、基本要求和发展目标。进而从磁芯材料、结构设计、散热设计和绝缘设计等4方面调研并分析了相关的国内外研究情况,并从中归纳总结大容量高频变压器设计亟待解决的关键问题。最后,对大容量高频变压器技术的发展现状和未来趋势进行阐述。

电力电子变压器中高频变压器的设计方法

高频变压器是电力电子变压器的核心组成部分,担负着功率传输、电压变换和电气隔离等功能。针对当前高频变压器选型所存在的问题,提出了一种应用于电力电子变压器中高频变压器的设计方法。基于纳米晶软磁材料的高磁导性能,选择新型铁基纳米晶作为其铁芯材料,考虑电力电子变压器中移相全桥DC/DC变换器存在副边占空比丢失的问题,将面积乘积(AP)法与移相全桥DC/DC变换器的理论相结合,计算了高频变压器的变比和原副边绕组等参数。通过对高频变压器铁损、交流电阻、绕组温升和绝缘强度的测试和分析,结果满足设计要求,验证了设计方法的有效性和可行性。

一种高频链模块化电力电子变压器

电力电子变压器(PET)包含多级电能变换环节和大量元器件,制约了其效率、功率密度和可靠性的提升。基于模块化多电平矩阵变换器(M3C)的应用,本文提出一种高频链模块化PET电路拓扑。采用矩阵变换的方式可减少电能变换环节,并且所提拓扑可减少高频变压器与子模块的数量,具有体积和重量优势。针对该PET,分析了其工作特性与控制策略设计方法。仿真试验结果表明了所提拓扑及控制方法的可行性。

中高压电力电子变压器拓扑与控制应用综述

电力电子变压器(PET)作为一种新型的电能路由设备,在智能电网与能源互联网领域有着极大的应用价值。本文针对中高压的应用背景,对典型的PET拓扑及相关的控制策略进行了分析,总结了各类拓扑在系统效率、可靠型以及控制复杂度等应用方面的特点,其中带有多模块级联高压侧变换器的三级式PET拓扑电平数易于扩展,且控制上较为简单,但在系统体积与效率方面仍有优化的空间。本文还对于隔离级中两种不同类型的变换器进行了具体控制方法上的归纳与对比,对两种不同变换器在中高压应用场合的适应性进行了分析。

电力电子变压器电磁暂态仿真步长选取方法

电力电子变压器(powerelectronictransformer,PET)在能源互联网与分布式新能源发电并网中发挥着重要作用。为精确拟合高频开关过程,PET常采用小步长仿真,但受限于仿真资源与效率,仿真步长不能取得过小,选取合理的仿真步长是获取最佳仿真效率与精度的关键。该文提出一种基于复频域导纳分析的PET电磁暂态仿真步长选取方法。首先,通过数值积分截断误差揭示了仿真步长对仿真精度的影响机理,明确高频变压器端口仿真误差为主要分析对象;其次,分别针对非谐振型变压器与谐振型变换器,以高频变压器端口复频域导纳、离散化导纳之间的关系表征积分算法引入的误差,得到可接受误差范围对应的仿真步长上限;最后,综合考虑高次谐波对仿真误差的影响,提出电力电子变压器电磁暂态仿真步长选取方法。以上理论均在PSCAD/EMTDC中仿真验证。

电力电子变压器中高频变压器的设计方法

近年来,电能已经在人们生产生活中占据重要的地位。在电力电子变压器中,高频变压器是关键部分,具有传输功率、变换电压等作用。目前,为提高变压器的应用效率,学术领域中已经针对高频变压器的选型,提出了新的设计方法。文章在研究中,一方面分析电子变压器中高频变压器的设计;另一方面,对电子变压器中高频变压器展开测试。

串联谐振间接矩阵型电力电子变压器高频电流特性分析及开关频率设计

串联谐振间接矩阵型电力电子变压器(PET)通过高频开关并减小直流电容容值可实现高功率密度。然而,小直流电容会改变谐振回路等效电容,并影响高频谐振电流特性,进而影响零电流软开关(ZCS)的实现。该文建立小直流电容下串联谐振间接矩阵型PET等效电路,推导高频电流时域解析表达式,并对ZCS条件下的开关频率进行设计,揭示直流电容和死区时间对开关频率的影响规律。仿真和实验结果验证了该文理论分析的正确性。

电力电子电路中高频变压器等效模型的分析

本文通过对电力电子电路中的高频中小功率变压器模型的分析研究，结合电力电子电路的特点建立了电力电子电路中的变压器等效模型，并针对仿真软件中的变压器模型进行了完善，并对其模型在电路中各个阶段的状态进行了分析。

三相AC/DC型电力电子变压器高频直流环节回流功率优化控制研究

级联H桥AC/DC型电力电子变压器中的高频直流环节通常采用双有源桥电路DAB(dual-active bridge),并通过移相控制方式进行能量传递。单移相控制会在DAB中引入回流功率,增加系统损耗。在由理想直流电压源供电的DAB中,通过改进的移相控制可以显著抑制回流功率。然而在电力电子变压器PET(power electronic transformer)中,交流电网侧的PWM整流环节会引入二次脉动功率,导致其高频直流环节的输入/输出电压变比存在低频脉动,使得现有的回流功率抑制方法难以获得期望效果。针对这一问题,分析了在PET模块电容电压存在低频脉动的情况下,采用单移相和扩展移相两种控制方式下的回流功率分布特征;同时,结合功率通道型三相AC/DC电力电子变压器,提出了功率解耦和扩展移相协同控制的回流功率抑制方法;通过功率解耦控制,抑制模块电容电压中的低频脉动,维持高频直流环节输入/输出电压变比恒定,并结合扩展移相控制,抑制PET中的回流功率。仿真和实验结果验证了所提方案可以有效抑制三相AC/DC型PET中高频直流环节内的低频脉动功率及回流功率。

级联H桥电力电子变压器高频链端口解耦等效模型

文中提出一种级联H桥型电力电子变压器(cascaded H-bridge type power electronic transformer,CHB-PET)高频链解耦等效模型。该模型利用Ward等值先将功率模块内部节点的对外贡献转移到边界节点上,再根据相邻仿真步长间高频链端口电容电压不突变的特点以历史电压值替代当前时刻电压,实现电路解耦,最后再进行一次Ward等值消去剩余节点,得到功率模块的背靠背等效电路。每个相单元中,根据CHB-PET的输入串联输出并联连接特征,将功率模块背靠背电路级联形成相单元等效电路。各相等效电路接入外部系统中,由电磁暂态解算器统一求解。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建基于分立元件的详细模型和基于所提方法的等效模型,从仿真精度和时间效率两方面验证所提模型的正确性。

大功率电子束焊机高频高压变压器漏感研究

大功率高频高压变压器是电子束焊机的重要组成部分,它不仅起到隔离、传递能量、变压的作用,其分布参数比如漏感、分布电容会对系统造成一定的影响,比如影响功率的输出、能量的传递效率、开关管的损坏等等。本文对电子束焊机用60 k V/60 k W的高频高压变压器进行研究,通过有限元分析软件Ansoft Maxwell建立一个高频高压变压器的2D模型,通过软件后处理功能观察能量场图的结果,根据能量法求解漏感大小,与实际漏感数值进行对比,证明了仿真分析的正确性。

电力电子变压器中高频变压器的设计方式

电力系统在我国经济发展中起着重要的作用,保证电力系统的完善对其功能的发挥而言意义重大。就目前的电力系统结构分析来看,变压器是其中不可缺少的重要组成部分,因为变压器在电力系统当中承担着功率传输、电压变换以及电气隔离等主要功能。就目前的变压器利用分析来看,电力电子变压器在电力系统当中有着重要的应用,而高频变压器又是电力电子变压器的核心组成部分,所以说高频变压器的质量直接影响着电力电子变压器的运行效果。为了保证电力电子变压器在具体应用中能够具有较高的价值,对高频变压器一定要有科学的设计。本文就电力电子变压器中高频变压器的设计方式进行具体的讨论,目的是强化电力电子变压器的应用质量。

基于电力电子变压器的高压变频器预充电方法及装置

设计了一种给高压变频器进行预充电的方法及装置。应用电力电子变压器技术,在高压变频器主电路高压上电前,对高压变频器直流母线电容进行预充电,可避免直接上电造成的能量损耗和器件损坏。

电力电子变压器技术研究综述

随着智能电网、能源互联网等未来电网技术的快速发展,能实现变压、电气隔离、功率调节与控制、可再生能源接入等多种功能的电力电子变压器（也称为固态变压器、智能变压器等）,相关理论和技术的研究得到了越来越广泛的关注。但是,从总体而言,PET的大规模推广应用还有诸多问题需要解决。该文在分析PET发展历史的基础上,对PET涉及的关键技术,尤其是PET的电路拓扑、控制保护技术、高频变压器优化设计技术、功率电路紧凑化设计技术、高压宽禁带半导体在PET中的应用等进行了梳理和总结。最后对PET发展存在的关键制约因素以及发展的趋势进行了总结和展望。

电力电子变压器的理论及其应用(Ⅰ)

分析和讨论了电力电子变压器 ( PET)的基本理论和实现方案 ,并提出了两种新的拓扑结构。仿真研究表明 ,PET可保证原副方良好的电压、电流波形 ,并具备良好的控制特性。

面向交直流混合配电系统的多端口电力电子变压器研究综述

多端口电力电子变压器作为交直流混合配电系统的一种关键枢纽设备,具备能量流动双向、潮流灵活调节、谐波无功可控和端口故障隔离等功能,近年来得到越来越多的关注。针对面向交直流混合配电系统的多端口电力电子变压器,层层深入推演了其拓扑结构的发展历程,从图论的角度归纳出星型和串型结构,从公共能量汇集环节形式的角度归纳出共直流母线结构和高频耦合的结构。然后,对比分析了不同拓扑结构的优劣势,并给出实际交直流混合配电系统不同需求下的拓扑结构选取原则。进一步地,总结了多端口电力电子变压器在仿真、设计、控制与保护方面的应用挑战,进而展望了未来的技术发展方向。