一种新型三电平变换器中点电压平衡调制策略

在大功率轨道交通装备领域中,三电平变换器因具有众多优点,在实际中得到广泛应用,但是也存在中点电压不平衡这一固有问题。为解决三电平中点箝位(NPC)型变换器存在的中点电压不平衡问题,减少输出相电流畸变情况,提高系统运行稳定性,文章提出了一种基于分析中点电荷量的双自由度新型中点电压平衡调制策略。该调制策略首先从数学分析的角度介绍了三电平变换器直流侧中点电压不平衡问题的原因;之后分析了在空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术中,电压矢量输出序列对中点电压的影响;最后基于上述分析结果,改进传统的电压矢量输出序列,并基于改进序列的特点提出了一种新的双自由度中点电压平衡调制策略,通过双自由度的平衡因子调节作用时间。理论上,所提出的新型调制策略具有更多可控电荷量,相较于传统方法具有更良好的控制效果;仿真和试验结果验证了所提的新型调制策略对中点电压的控制效果具有更好的快速性和稳定性。综上所述,文章所提的新型双自由度调制策略可更有效解决三电平变换器存在的中点电压不平衡问题。

六相NPC-H逆变器共模电压消除与中点电压平衡

多相逆变器具有容错性好、控制自由度高、低压大功率等优势,在船舶推进、多电飞机等领域得到广泛应用。为了实现更高电压的输出,通常采用多电平拓扑。在多电平拓扑中,保持中点电压平衡是维持系统稳定运行的关键。研究的H桥逆变器共模电压是产生开绕组永磁同步电机零序环流的主要因素之一。因此,有必要抑制逆变器输出的共模电压。针对六相NPC-H桥逆变器,提出共模电压消除和中点电压平衡的调制方法,在该调制方法的基础上通过注入零序电压的方式使中点电压保持平衡,并且充分利用了多相的优势,使响应速度更快、平衡效果较好。最后,通过仿真和实验验证了该调制策略的有效性。

一种基于非线性电流跟踪算法的STATCOM相间电容电压平衡控制策略

针对基于级联H桥拓扑结构的静止同步补偿器在传统控制框架下所产生的相间电容电压不平衡问题,采用一种新型混合调制方法并提出了一种全新的非线性分相电流控制策略。首先,基于六模块十三电平级联H桥拓扑结构,阐明新型混合调制的调制原理,并阐述适用于新型混合调制的相内电容电压均衡策略。其次,推导了静止同步补偿器在两相同步旋转坐标系下的控制模型,并分析指出采用dq解耦控制存在的相间电容电压不平衡问题。针对相间电容电压不平衡问题,提出基于三相静止坐标系下的电流分相控制策略,通过Lyapunov稳定性判据第二法推导并设计实现对交流指令电流无差跟踪的非线性电流控制器。最后,在Matlab/Simulink环境下搭建仿真模型。仿真结果表明,所提控制策略在不同条件下均能保持相间电容电压一致和稳定,且具有良好的动态响应特性。

虚拟同步机控制策略下的STATCOM相间电容电压平衡方法研究

针对基于直挂式级联H桥拓扑结构的静止同步补偿器在运行时产生的相间电容电压不平衡的问题,本文在虚拟同步机的控制策略基础上提出了一种平衡相间电容电压的方法。虚拟同步机具有响应速度快的优点,但用于静止同步补偿器来作无功补偿时会产生相间电容电压不平衡的问题。因此本文首先引入电容电压平均值来完成虚拟同步机的快速并网,其次将虚拟同步机算法的无功调节分为3部分来实现分相无功补偿,再在电压合成前引入电容电压平均值作反馈,以实现相间电容电压平衡。最后在Matlab/Simulink环境下搭建仿真模型,验证了所提控制策略能有效解决相间电容电压不平衡问题,并且仿真结果表明所提控制策略具有良好的动态响应特性。

基于功率反馈模型的输变电线路变压器电压平衡控制方法

为保证输变电线路的稳定性,变压器电压的安全输出至关重要。因此,基于功率反馈模型,提出了输变电线路变压器电压平衡控制方法。首先,基于功率反馈模型构建变压器拓扑结构,使得无功与有功相分离地进行控制和调整,均衡地分配变压器的电压。其次,设计电压平衡整流器的有效范围。最后,进行输变电线路的电压平衡自动控制设计,保证输变电线路的每一单元听从同一功率的指令,进而完成电压的平衡控制。结果表明,基于功率反馈模型的输变电线路变压器电压平衡控制方法的实际应用效果较好,具有一定研究价值。

特高压直流输电系统中送端LCC换流站的电压平衡控制策略

与高压直流输电相比,特高压直流输电拥有更高的电压等级,能够以更低的经济成本实现稳定、高效的大规模电力输送。该文针对特高压直流输电系统中送端换流站的高低压阀组所存在的电压不平衡问题,分析电压不平衡现象产生的机理,并提出一种基于电压变化量对换流阀组电流参考值进行动态修正的电压平衡控制策略。然后,基于PSCAD/EMTDC搭建特高压直流输电系统的电磁暂态仿真模型,通过在稳态时切除/投入电压平衡控制策略及送端功率阶跃和送端交流系统故障3种不同工况,观测系统的动态响应特性。结果表明,所提电压平衡控制策略简单有效,且在不同工况和不同交流系统强度下都具备较好的控制效果。

LCC-MMC混合直流输电系统单阀投入过程定有功MMC站电压平衡策略

送端采用常规直流(LCC)受端采用柔性直流(MMC)的混合特高压直流输电系统,在单阀在线投入过程中,定有功功率MMC站两串联阀组间电压可能出现失衡现象。分析了该不平衡现象的产生机理,随后提出一种基于调整阀间电压偏差值的电压平衡策略。该策略通过设定一个与预升压速率相同的函数分别对阀间电压的偏差值进行调整,并将其转化为有功功率偏差量。进而将该值与初始有功参考量相加后作为有功外环的参考值,最终实现阀组的在线平稳投入并过渡至稳态。基于PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了相关模型,通过对比三种不同阀间电压平衡策略对系统动态特性的影响验证了文章所提策略的有效性。

面向直流微电网的电压平衡器拓扑结构研究

作为一种节能高效的直流配电形式,双极性直流母线配电在低压直流配电系统中具有较大的应用优势,电压平衡器在其中扮演着重要的角色。电压平衡器一方面实现了单极性配电向双极性配电的转化,另一方面也解决了正负极性母线间的功率不平衡问题。该文首先分析了现有的电压平衡器拓扑结构研究成果;然后归纳出了电压平衡器的形成方法,提出了Cuk型电压平衡器、Super-Sepic/Zeta型电压平衡器和交错并联Buck/Boost型电压平衡器;最后通过仿真验证了所提出拓扑结构的正确性,通过两相交错并联Buck/Boost型电压平衡器实验平台验证了所提出的交错采样交错平均电流控制策略良好的均流效果和动态响应速度以及平衡器优异的双极性母线配电效果。

半桥变换器桥臂电压平衡控制方法的研究

针对半桥电路在已有峰值电流控制中的电容电压不平衡的问题,对其原因进行了分析。介绍了一种通过电荷控制同时进行电容电压平衡控制和电感电流反馈控制的方法。对半桥电路的电荷控制方法建立了控制模型,并对双闭环控制稳压电源的内外传递函数给出了通用的表达式。对建立的控制模式进行了预测结果与测试结果的比较。测试结果表明本文提出的控制方法可以稳定控制半桥电路电容电压,建立的控制模型可以准确预测电路传递函数。

基于二倍频环流的HMMC电容电压平衡优化设计

由半桥子模块(HBSM)、全桥子模块(FBSM)构成的混合型模块化多电平换流器(HMMC),以其成本低、运行效率高、直流故障容错能力强等优点得到广泛关注,但其存在严重的子模块电容电压不平衡问题。针对此问题,此处提出一种考虑子模块及桥臂电压压降的HMMC最小二倍频环流设计方法。首先研究了子模块导通阻抗、桥臂阻抗对输出特性的影响,并建立非理想HMMC数学模型。然后基于子模块电容能量平衡约束条件,推导出最小二倍频环流幅值。最后搭建了一台4电平的HMMC实验样机,实验结果表明该方法可有效解决非理想HMMC模型输出特性中的交流压降问题,同时保持系统子模块电容电压平衡。

单相级联H桥整流器电压平衡控制策略

以无工频变压器牵引传动系统前端的单相级联H桥整流器(CHBR)为研究对象,构建了其数学模型,在电压电流双闭环控制策略的基础上,引入无锁相环技术,改进瞬态电流控制策略。实现了系统发生扰动时,网侧电流对电压相位频率的快速精确追踪。进一步地,对传统附加平衡电压控制策略加以改进,增加模糊控制技术,解决了CHBR在非理想电网或负载大范围投切载时,存在的直流侧各级电容电压不平衡、压差大等问题。最后,利用MATLAB/Simulink进行仿真,对所提策略在CHBR运行时的快速响应和抗干扰能力进行了验证。

基于冗余矢量的中点箝位型三电平双有源桥变换器的电容电压平衡策略

中点箝位型(NPC)三电平双有源桥(DAB)变换器相对传统DAB变换器可以实现更高的电压等级和更宽的运行范围,具有广阔应用前景;但NPC型DAB变换器存在电容器电压不平衡的问题,影响变换器的运行性能。文章针对NPC型DAB变换器进行了三自由度控制策略的功率传输特性分析,并根据功率传输特性实现了对其功率传输的有效控制。对于其电容电压不平衡问题,文章提出了一种基于冗余矢量的电容电压平衡策略,相对于传统的电容电压平衡策略,该平衡策略可以在不影响传输功率的基础上实现更快的电容电压平衡。仿真结果表明,文章所提控制策略可使变换器在输出电压参考值改变时,电容器电压仍能很好地维持平衡状态,实现在仅有1%波动量的暂态情况下,在0.000 4 s内趋于稳定。

三电平LLC谐振变换器中点电压平衡控制方法

针对全桥二极管中性点箝位(NPC)三电平LLC谐振变换器的中点电压偏移问题,此处提出了一种基于五电平脉宽调制(5L-PWM)的中点电压平衡控制方法。首先介绍了5L-PWM策略下变换器工作原理,并分析了不同工作模式下对中点电压的影响;之后提出了根据中点电压偏移情况选择合适工作模式的中点电压平衡控制方法,该方法无需比例积分(PI)控制器,同时在中点电压调节过程中不会造成功率传输波动。最后通过仿真和实验验证了所提控制方法可以有效解决中点电压的偏移问题。

不对称电网故障下直流母线电压平衡控制方法

由于在不对称电网故障下直流母线电压不稳定,导致馈入电网的功率发生振荡,对电网的危害较大。提出一种新的直流母线电压平衡控制方法。通过分析光伏电池的等效电路,获取光伏模块相关参数,构建光伏阵列数学模型;采用锁相环技术自动检测跟踪到光伏阵列的最大功率点,并检测电网相位;根据检测结果,采用电压下垂控制方法,结合恒定的滞环宽度获取瞬时电感的电流波形,完成直流母线输出电压的平衡控制。仿真结果表明,在不对称电网故障下使用设计的直流母线电压平衡控制方法的电压波动幅度比传统方法下的波动幅度小,控制效果较好。

基于微处理器的充电站三相电压平衡充电系统

目前研究的充电站三相电压充电系统在充电过程中容易造成三相不平衡问题,为此基于微处理器设计了一种新的充电站三相电压平衡充电系统,优化设计了系统的硬件和软件。系统硬件设置了整流器控制器、电流内环控制器、电压外环控制器和控制电路,依靠整流器中的I/C转换芯片实现控制,在转换芯片中可以改变电流传输信号与母线的基础电压传输信号,改变已有的控制命令,在电流内环控制器中加入了数据计算芯片,在芯片中加入固定的算法与流程。利用微处理器处理电站内部信息,通过分配充电相位、建立数学模型、设定目标函数实现软件程序。实验结果表明,所设计系统能够很好地解决三相平衡问题,可以更好地利用电能,更适用于实际应用中。

基于直流侧电压平衡控制的静止无功补偿器控制策略研究

本研究提出了基于直流侧电压的平衡控制策略。该策略采用两层电压控制,第一层为三相电压的各相电压的平衡控制,第二层为各个功率单元的电压平衡控制。利用Matlab/simulink搭建了仿真模型,结果表明:采用该方法,静止无功补偿器能够快速实现无功功率平衡。

具有共模电压减小和电容电压平衡的五电平有源中点钳位型变换器SVPWM算法

针对五电平有源中点钳位型(ANPC)变换器共模电压和电容电压平衡问题,提出一种基于gh坐标系的改进空间电压矢量调制(SVPWM)算法。所提SVPWM算法能够减小共模电压,同时实现悬浮电容电压和直流侧电容电压的平衡控制。首先,通过选取合适的冗余开关状态减小共模电压。其次,根据各相悬浮电容电压偏差和输出电流方向,选取合适的冗余开关组合,实现悬浮电容电压平衡。同时,提出一种中点电压模型预测控制(MPC)策略,根据目标函数对所有五段式开关序列进行滚动寻优,选取最优开关序列。最后,实验验证了所提SVPWM算法的有效性。

三电平半桥电压平衡器

微型直流电网是一种新型供电系统,通常采用两根直流线输送电能,可以采用电压平衡变换器构造一根中线,以满足电网中不同负载变换器对输入电压平衡的要求。为了降低功率器件的电压应力,本文提出了三电平半桥电压平衡器,分析三电平半桥电压平衡器拓扑结构;为了实现功率器件工作在三电平状态,同时提出了一种功率开关管提前开通、滞后关断的控制方案,并结合该控制方案详细地分析三电平半桥电压平衡器工作原理。最后在原理样机进行实验,实验结果表明三电平半桥电压平衡器不但能够降低功率器件的电压应力,而且能够实现输出电压平衡。

基于逆变器调制的船舶电力推进系统电压平衡研究

开口绕组电动机广泛应用于船舶电力推进系统中,其中中压大功率逆变器是关键部件。为了提高系统电压和功率密度,提出了一种双五电平有源中点钳位(ANPC)逆变器,用于驱动船舶电力推进用中压开口绕组电动机。该逆变器的每一阶段由两个五电平ANPC桥组成,所有的阶段都由一个共同的直流环节供电。提出了一种混合调制方法对该逆变器进行控制。所有五级ANPC桥中的串联开关都以基频工作,其他开关采用移相脉冲宽度调变(PWM)控制,可以在载波周期内实现中点电压和飞行电容电压之间的自然平衡。提出了一种基于调节PWM信号占空比的闭环电容电压平衡方法。中性点电压和飞行电容电压可以独立控制和平衡,不影响输出相电压,仿真和实验结果验证了该方法的有效性。

基于功率反馈模型的直流变压器电压平衡控制方法

为了保证直流变压器输出电压的稳定性,设计基于功率反馈模型的直流变压器电压平衡控制方法。将直流变压器运行中的实时功率作为参照,利用功率反馈模型计算变压器输出电压。对比输出电压与额定电压,识别变压器运行工况。设定直流变压器运行轮换周期,建立轮换电容电压控制目标函数。将直流变压器划分为闭锁状态与运行状态,实现多状态下直流变压器电压平衡主动控制。对比实验结果证明,该方法可以避免变压器运行出现失衡,提高输出电压的稳定性,实现对电压的平衡控制。