一种三相线电压级联单位功率因数整流器负载不均衡特性分析及电压均衡控制策略

该文对一种由三个三相单开关整流器线电压级联构成的三相单位功率因数整流器的负载不均衡特性和输出电压均衡控制策略进行分析和研究,首先详细阐述此类整流器在三个直流侧负载不均衡时,交流输入端电流能自动保持均衡的独特特性及相应工作机理;然后研究系统整体分层控制策略。在传统的基于电压外环PI控制、电流内环PR控制的上层控制基础上,针对各整流模块参数不一致及负载功率不一致引起的各模块输出电压不均衡问题,通过加入偏差因子调制波补偿的底层控制,实现了对每个模块输出功率的独立调节,进而实现了各整流模块输出电压的均衡控制。仿真和实验结果验证了所研究拓扑结构的优越性和控制策略的可行性。

一种低频储能型MMC子模块电容电压均衡控制策略

针对低频工况下传统MMC子模块电容电压幅值大幅波动的问题,提出一种基于超级电容和双向DC/DC变换器的新型储能MMC低频子模块电容电压均衡控制策略,采用基于子模块整体能量排序算法的双向DC/DC变换器控制超容储能系统,以维持MMC低频工况下子模块的电容电压稳定。通过MATLAB/Simulink对新型储能MMC低频子模块电容电压均衡控制策略进行仿真研究,仿真结果表明,所提控制策略能够有效抑制低频工况下子模块电容电压的波动。

基于三重移相的ISOP型DAB变换器电压均衡控制

为了使得输入串联输出并联(ISOP)型双有源桥DC-DC(DAB)变换器稳定高效地运行,提出一种基于三重移相(TPS)调制的电压均衡控制方案。该方案不仅可以控制输出电压稳定、输入电压均分,而且能够降低变换器电流应力并具有良好动态性能。首先,分析了DAB变换器在TPS下各模态的电流应力与传输功率模型,并通过KKT条件法求得电流应力最优的移相比组合。在此基础上,通过控制中间变量-动态功率,实现系统的输出稳压、输入均压,同时具有良好动态性能。最后,通过MATLAB/SIMULINK软件平台验证所提方案的正确性。

级联H桥STATCOM状态反馈与电压均衡控制

具有高动态响应的静态同步补偿器(STATCOM)可以提高风电场系统在故障条件下的稳定性,并缓解风电场系统的电压波动。此处提出一种风电场级联H桥STATCOM状态反馈与电压均衡控制策略,借助状态反馈控制算法对系统整体特征值和特征向量进行赋值,使系统具有快速的动态响应和良好的稳定裕度,引入基于功耗补偿的级联H桥模块单元电压平衡策略,进而实现H桥模块单元的电压平衡和无功功率的均匀分布。最后搭建七电平级联H桥STATCOM验证所提状态反馈与电压均衡控制方案的有效性,实验结果表明所提方案可以实现风电场系统的稳定性和高动态响应,并很好实现H桥模块单元的电压平衡和无功功率均匀分布。

基于母线功率前馈的配网PET电压均衡控制

针对配网级联型电力电子变压器(PET)提出了一种基于低压直流母线功率前馈的电压和功率均衡控制策略。该控制策略将PET低压直流母线的能量需求前馈至输入级,指导输入级实现各级模块的功率均衡控制,同时利用隔离级来稳定各模块的直流电压,并采用相同的稳压指令实现各级直流电压的均衡控制。所提控制策略不仅能够有效解决因各级模块参数不匹配所导致的电压与功率不均衡问题,同时减少了目前PET控制环节,降低了各模块间的电量耦合关系。仿真和实验验证了所提控制策略的有效性。

结合电流应力优化的ISOP-DAB变换器电压均衡控制

当输入串联输出并联(ISOP)型双有源桥(DAB)DC-DC变换器系统各模块参数不同时,系统存在传输功率不均衡导致的过电压过电流现象,严重时可能损坏器件,此外变换器运行时还需考虑其电流应力与动态性能。针对这些问题,基于双重移相提出一种结合电流应力优化的电压均衡控制方案。分析双重移相下变换器的电流应力与传输功率模型,并通过KKT(Karush-Kuhn-Tucker)条件法求取电流应力最优的移相比公式。在电流应力优化的基础上提出一种电压均衡控制方法,通过传输功率模型推导桥间移相比表达式,引入均压分量和动态传输功率,实现输入电压均衡、输出电压稳定以及提高动态性能。最后,搭建双模块ISOP-DAB实验平台进行对比实验,验证所提控制方法的有效性。

基于归并排序算法的MMC电容电压均衡控制策略

针对模块化多电平换流器(MMC)的传统均压策略中子模块反复投切和器件损耗大等问题,提出一种基于归并排序算法的MMC电容电压均衡控制策略。将子模块电容电压利用归并排序算法进行排序,利用电容电压的平均值和不平衡度来设定其投切的最优范围,在允许的子模块电容电压波动阈值范围内,减少系统中子模块不必要的反复投切,减少器件的损耗。建立MMC电容电压均衡策略的仿真模型,验证该策略的有效性和可行性。

级联H桥SVG直流侧电压均衡控制策略

传统的级联H桥静止无功补偿器相间电压均衡控制策略分析计算较为复杂,且需要调节PI参数,为此提出了一种无需参数调节的相间电压均衡控制策略。只需排序比较大小,通过查表法即可求出待注入的零序分量,简化了相间电压平衡算法;针对相内电压均衡控制策略,基于伏秒平衡控制原理提出了一种H桥模块作用时间直接修正法,与基于时间计算的载波水平移相调制策略相配合,即使在电压不平衡的暂态过程中也能够完全实现与上层控制的解耦,并且这种方法能够容易地扩展到级联度更高的SVG系统中。最后,通过在Simulink仿真平台与实验室条件下搭建的小功率实验平台验证了算法的有效性与可行性。

地铁储能系统中超级电容电压均衡及检测

针对地铁列车频繁启动和制动导致能量损耗较大的问题,本文使用超级电容回收制动能量,采用模块化的设计理念,开发了一套地铁储能系统中超级电容电压均衡及检测系统。系统采用分层式电压均衡方案设计超级电容电压均衡电路。硬件部分包含采用非能耗型均衡方法对超级电容电压均衡的控制设计;软件部分设计了基于STM32的检测控制软件,利用LabVIEW设计了上位机软件监控界面,对超级电容电压数据进行分析、显示与保存等。经过试验验证,超级电容电压均衡及检测系统的检测数据与使用万用表测量的数据误差小。这表明检测系统精度高,效果稳定可靠。

模块化多电平变流器电容电压均衡策略研究进展

半桥式模块化多电平变流器(half-bridgemodular multilevel converter,HB-MMC)直流侧电容电压分散于数百个子模块,动态交互复杂,电容电压均衡是MMC稳定运行的关键前提,快速、可靠且易于实现的MMC电容电压均衡策略一直是工程界和学术界的研究热点。本文梳理了近年来国内外的研究成果,梳理了基于子模块电容电压采样和无需子模块电容电压采样两大类及其细分的均压策略,并归纳了特殊工况下子模块电容电压均衡控制方法;最后,综合对比各类电容电压均衡策略的特点,并探讨未来MMC电容电压均衡策略的研究趋势,展望其应用前景,以期为MMC在不同电压等级下的安全稳定运行提供有价值的参考。

基于电压倍增器的混合储能系统电压均衡方法

传统主动均衡拓扑往往需要大量的开关管、电感、变压器或双向开关等元件实现能量传递,对于电动汽车而言,无疑会增加系统的体积和成本。鉴于此,本文提出了一种基于电压倍增器的电压均衡拓扑,用于锂离子电池和超级电容组成的混合储能系统。电池均衡拓扑和超级电容均衡充电器通过复用半桥逆变电路集成到仅含2个开关管、3个电感以及若干电容和二极管的电路中,可有效降低混合储能系统的体积和成本。电池均衡拓扑具有自模块化特性,电压均衡速度更快,超级电容充电器具有恒流充电特性。本文详细描述了该拓扑的工作模态和波形,并利用PSIM仿真验证了其均衡特性。最后,设计了由4个电池和4个超级电容所组成的混合阵列进行实验验证。实验结果表明,均衡后单体间电压极差降至10 mV以下,证明了所提方法的有效性。

基于投切状态矩阵的MMC系统电容电压均衡策略

为了奠定模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)自平衡的理论依据,构建了MMC状态空间模型,证明了MMC电容电压的一致渐进稳定性。研究了MMC电容电压非均衡状态下的静态工作点,揭示了投切状态矩阵的秩和MMC电容电压静态工作点之间的关联。基于投切状态矩阵自平衡理论,针对控制频率较低或子模块数量较多时轮换速度慢的问题,提出了一种基于投切状态矩阵分组轮换的电容电压均衡控制策略,能够有效降低电容电压的波动率。最后,在Matlab/Simulink中搭建了MMC电磁暂态仿真模型,验证了所证结论的正确性和所提方法的有效性。

可实现低频输电系统不对称故障穿越的M3C电容电压均衡控制策略

低频输电作为一种新型输电技术,在海上风电送出、新能源场站送出等多个场景具有良好的应用前景。但在不对称故障下,故障侧功率不对称将严重影响模块化多电平矩阵变换器(modularmultilevelmatrixconverter,M3C)的电容电压均衡,对低频输电系统安全稳定运行产生不利影响。为此,提出了一种可实现低频输电系统不对称故障穿越的M3C电容电压均衡控制策略。首先,介绍M3C的系统结构及双αβ0数学模型,并分析不对称故障下电容电压不均衡的原因。然后,基于双αβ0数学模型针对输电线路不对称故障情况计算桥臂功率不均衡分量的表达式,通过M3C功率平衡关系引入电流补偿分量,消除桥臂功率的不均衡,并得到适用于不对称故障的环流控制目标,进而通过环流控制实现故障下M3C电容电压的均衡。最后,搭建基于M3C的低频输电系统仿真模型验证所提控制方案的可行性和有效性。

柔直换流阀水管布置对电压均衡的影响

柔直换流阀在不控充电时,各个桥臂的子模块电压会自动均衡。在工程现场和试验时发现不同位置的功率模块的电压差异很大,可能会对换流阀造成损伤,或者引起换流阀无法正常启动。此处研究由于接线位置的不同,导致水路电位分布不同,进而导致换流阀子模块的静态电压分布不同。对不同接线方案进行了分析,并通过试验进行验证。

基于载波频率切换的SVG电容电压均衡研究

电容电压均衡是链式静止无功发生器(SVG)稳定运行的基本条件,然而广泛应用的单极性倍频载波移相正弦脉宽调制(CPS-SPWM)策略却是导致电容电压不均衡的重要因素之一,需研究有效抑制电容电压的不均衡策略。首先,分析了电容电压的稳态数学模型和调制策略导致电容电压不均衡的机理。其次,基于减小链节输出低次边带谐波电压幅值的思路,提出了载波频率同步切换策略,仅在换流链电流较小时采用高载波频率。最后,仿真和实验结果表明,载波频率同步切换策略解决了调制策略导致的电容电压不均衡问题,提高了电容电压均衡控制能力,最小运行电流也进一步降低。

电动汽车用多飞渡电容电压均衡电路仿真研究

超级电容、电池等储能元件因受生产工艺的影响,出厂时会存在分散性,而且随着工作时间的增加,分散性会逐渐提高。分散性不仅影响整个系统的能量利用率,还影响整个储能系统的正常工作。多飞渡电容电压均衡法不需要闭环控制,直接通过驱动器发出的两路脉冲信号控制开关网络,以及顶部开关与底部开关的闭合时间,使超级电容组与飞渡电容之间形成能量流动,从而实现能量由高到低的转移。该文提出多飞渡电容法状态方程及飞渡电容电流整定原则,并通过PSIM仿真软件进行对比、分析,发现分散性越强,过电压风险越高,能量利用率越低。

一种优化的模块化多电平换流器电压均衡控制方法

模块化多电平换流器(MMC)的各个子模块间的电压均衡问题,是MMC拓扑的难点之一。本文在采用最近电平调制方式的基础上,对按子模块电容电压排序后,根据桥臂电流方向直接选择相应子模块触发的传统电压均衡方法进行了改进,引入子模块间最大电压偏差量,有效避免了因排序算法导致的同一IGBT不必要的反复投切现象,从而在保证各子模块电容电压基本一致的前提下,大大降低了因排序算法导致的过多的IGBT开关次数,明显减小了换流器的开关损耗。最后通过PSCAD/EMTDC搭建了20子模块的MMC仿真模型,对优化前后的电压均衡控制方法进行了比较,仿真结果表明该改进算法可以在保证系统稳态特性的前提下,明显减小IGBT开关次数,降低开关损耗。

一种快速的模块化多电平换流器电压均衡控制策略

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)传统的电压均衡控制需要对电容电压排序,占用了大量计算资源。设计了一种无需排序的均衡控制策略。该策略通过比较前后控制周期中投入子模块的个数以及判断各桥臂子模块的电容电压与其平均值的偏差是否越界,来决定是否重新计算触发脉冲。选取桥臂电容电压的平均值作为基准值,各子模块由其电容电压与该基准值比较来确认投入与否:当桥臂处于充电状态时,优先投入低于基准值的子模块;当桥臂处于放电状态时,优先投入高于基准值的子模块。在PSCAD/EMTDC平台上搭建了MMC模型,对设计的均衡控制策略的有效性进行了验证。结果表明该策略可以在较低频率下实现电容电压的均衡控制。

串联电容器动态电压均衡技术研究

介绍一种基于DC-DC变换器的新型串联电容器组电压均衡电路。该电压均衡电路从超级电容器组汲取能量,并且将这部分能量传递至电压最低的超级电容器单元,最终实现所有超级电容器组单元的电压均衡。与现有的电压均衡策略相比,提出的电压均衡电路能够实现超级电容器组单元的自动均压,不需要庞大的电压检测电路和复杂的控制电路,而且功率变换器实现了零电压零电流开关,可实现高效率和小体积。还给出新型电压均衡电路的参数设计方法,分析其工作特性。实验结果证明了该均衡电路的优良的动态和稳态均压性能。

质子交换膜燃料电池单体电压均衡性研究综述

质子交换膜燃料电池单体电压均衡性直接反映并影响整个电堆的性能和寿命,因此是燃料电池系统设计、制造及其运行控制的关键因素与重要技术指标。由于燃料电池电堆的单体电压均衡性受多种因素制约,该文从单体电压均衡性的评价方法、材料与结构、运行参数、负载、系统控制、寿命周期等6个方面,对现有燃料电池单体电压均衡性研究进行综述,并对其均衡性影响机理进行归纳总结。最后,对燃料电池电压均衡性研究的未来发展做了相应建议和展望,希望对我国车载燃料电池技术的发展与应用有所裨益。