正负序电流控制对电压源型变换器谐波稳定性的影响研究

为了保证电压源型变换器在非对称电网下正常工作,其电流控制中需包含正序电流控制和负序电流控制.在建立电压源型变换器阻抗模型的基础上,研究并对比基于延时的正负序分解法和基于二阶广义积分器的正负序分解法对电压源变换器谐波稳定性的影响.研究结果表明,与基于二阶广义积分器的正负序分解法相比,基于延时的正负序分解法将引入更高的不稳定性风险.时域仿真结果验证了本文理论分析的正确性.

混合多电平变换器:一种新型高效的电压源变换器拓扑

本文提出了一种新型多电平电压源变换器拓扑。该拓扑是一种新型混合电路,它将有源功率开关(例如IGBT或者IGCT)的高开关性能和低损耗、高电压额定值的晶闸管结合起来。该混合多电平拓扑的主要优点在于:负载电流只流过工作单元的半导体。因而所有半导体仅仅在A C输出期间的某段特定时间是有源的,从而降低了传导损耗,获取了最大效率。本文以低压太阳能变换器和中压风力涡轮变换器为例,给出了损耗的计算结果。

改进型零电压开关PWM三电平直流变换器

该文介绍了改进型零电压开关脉宽调制三电平直流变换器(ZVS PWM TL 变换器),该变换器是将传统的 ZVSPWM TL 变换器的变压器和谐振电感位置互换,使得变压器与滞后管相连。改进后的变换器箝位二极管在一个周期中只导通一次,同时零状态谐振电感电流较小,有利于提高变换器的效率,占空比丢失也减小。该文详细分析了该变换器的工作原理。为了防止变压器直流磁化,一般在变换器中加入隔直电容,该文分析了隔直电容与变压器或谐振电感串联时对电路工作的影响,确定一种最佳方案,并通过实验验证理论分析的正确性。

单一次绕组电压源型全桥多输入变换器

全桥多输入变换器可以实现多个输入源同时或分时向负载传输能量,但每一路输入均需要一个一次绕组。随着输入源数量的增加,一次绕组的数量也相应增加,使得变压器的制作变得很困难。本文根据脉冲电压源单元组合原则,将非隔离脉冲电压源单元组合进行串联或并联组合,直接替代单输入全桥变换器的输入源,获得了一簇单一次绕组电压源型全桥多输入变换器。该类变换器仅需要一个一次绕组,变压器结构非常简单,易于制作。本文以两个Buck型脉冲电压源单元组合串联构成的单一次绕组双输入全桥变换器为例,分析其工作原理和控制策略,阐述脉冲电压源单元组合和主变换器中开关管开关时序对滤波电感电流脉动的影响,最后通过原理样机进行实验验证。

基于自耦变压器的多电平注入式电流源型变换器

多脉波整流技术对于减小电网谐波有着重要意义。传统的隔离型多脉波整流器由于隔离变压器体积和容量大而受到限制,本文提出了基于自耦变压器的多电平注入式电流源型变换器,在减小网侧电流谐波的前提下,有效地减小了变压器的等效容量和体积,并在直流侧引入新型注入电路,令主桥开关能够完全实现零电流切换。通过分析新拓扑的工作原理,给出了系统的数学模型,对直流侧电压、交流侧电流特性和系统各部分容量值进行了详细分析,并与传统自耦型12脉波变换器进行了对比。通过仿真验证上述结果的正确性,证明该系统的实用性和经济性。

电网电压不平衡时电压源型变换器的参数设计

实际电网常有三相电压不平衡现象发生,严重影响大功率电压源型变换器(VSC)的稳定运行能力,在VSC参数设计时应予以充分考虑。已有研究表明VSC参数选取与电网相电压幅值有关,文中对此分析了表征电网电压不对称状况下的不平衡度与相电压跌落深度的关系,提出了基于电网电压不平衡程度的VSC参数设计方法。给出了与不平衡度、系统容量等具有工程实际意义的相关参数的解析表达式,并通过仿真验证了所提出的参数设计方法的合理性,为VSC的参数选择提供了工程实用算法。

基于SiC MOSFET三电平Buck变换器电压尖峰抑制研究

SiC MOSFET工作频率高,温度稳定性好,应用于三电平Buck变换器中可以减小系统损耗,提高系统效率,但SiC MOSFET的高频特性会使其开关过程中的电压尖峰更为严重。针对该问题,分析了三电平Buck电路SiC MOSFET开关过程及瞬态电压尖峰产生机理;在传统的充放电型RCD吸收电路的基础上加以优化改进,设计了一种低损耗型RCD吸收电路作为电压尖峰抑制方法。首先,对充放电型RCD吸收电路和改进后的低损耗型RCD吸收电路的工作原理及损耗进行对比分析;其次,搭建了三电平Buck变换器实验装置,对吸收电容和电阻进行参数设计;最后,通过实验验证了低损耗型RCD吸收电路的有效性、参数设计的合理性;结合理论分析和实验结果表明,相比于带充放电型RCD吸收电路,带低损耗型RCD吸收电路的三电平Buck变换器具有更低的损耗。

并联多电平注入式电流源型变换器的新型拓扑

根据多电平注入交直流变换原理,设计了一种新的并联多电平注入式电流源型变换器拓扑结构,注入开关的导通电流为直流输出电流与电平数的比值。新型拓扑中每个注入支路单元由2个等效开关和1个独立电抗器构成;同一注入单元的开关交替通断;不同注入单元的开关采用状态遍历的开关控制方法,使处于通态的各单元开关平均分配直流输出电流。以三电平为例,对系统电压、电流波形及开关控制方法进行了论述,并在PSCAD/EMTDC软件环境下进行了仿真,分析与仿真结果表明了新型拓扑的良好特性。与现有的并联多电平注入式电流源型变换器拓扑结构相比,新型电路结构中注入单元开关器件的电流容量和开关通断时的电流变化率降低;各注入单元支路开关通态时间延长。

一种改进型零电压开关PWM三电平直流变换器的研究

介绍了一种带输出饱和电感的移相零电压开关PWM三电平直流变换器,与传统的零电压三电平比较,它具有在较宽负载范围内实现零电压软开关;减小副边占空比丢失;减小输出二极管的寄生振荡及电压尖峰等特点实验样机表明,该电路整机效率高,采用电流峰值控制后,系统的稳定性高,易于实现中大功率DC/DC变换。

电流源型半桥变换器启动冲击及开关管关断电压尖峰问题研究

针对电流源型半桥变换器存在的启动冲击电流过大以及开关管关断电压尖峰问题展开研究与分析。在介绍电流源型半桥变换器稳态工作原理的基础上,分析了电流源型半桥变换器开关管关断电压尖峰产生的原因以及启动冲击电流过大的原因,针对这两个问题提出了改进措施,增加了有源吸收电路,并给出了启动时的控制方法。最后搭建了一台28 V输入/180 V输出、250 W的电流源型半桥变换器样机进行了实验研究,研究所提出的电路改进措施和控制方法的可行性。

用于系统直流电压控制尺度暂态过程研究的电压源型并网变换器幅相运动方程建模与特性分析

随着电压源型并网变换器(voltage source converters,VSCs)的大量使用,新型储能元件--直流电容在现代电力系统中已广泛分布。装备各直流电容在系统暂态过程中的能量积累与能量交换,可能引发系统出现与直流电容状态量(即直流电压)动态尺度相近的暂态稳定问题(文中称作直流电压控制尺度暂态稳定问题)。关于此,目前的文献在装备层面针对VSC直流电压的暂态行为及其控制优化进行了一些分析,但缺乏对多台VSC装备并入系统后因相互作用所引发的系统层面直流电压控制尺度暂态问题的研究。而认识VSC并网装备直流电压控制尺度下的暂态特性是研究现代电力系统相应尺度暂态过程及稳定性的基础。该文基于VSC完整矢量控制策略(包括直流电压、锁相及端电压控制等),应用幅相运动方程的建模方法建立适用于VSC直流电压控制尺度暂态特性分析的暂态模型。该模型为如何描述VSC并网装备相对电网的暂态特性提供了一种新的视角,使电气工程师可以像理解熟悉的同步机一样去理解VSC并网装备。最后,在Matlab/Simulink中验证了所建模型的正确性,并基于该模型分析了VSC对不同功率扰动的开环暂态响应特性及其与同步机暂态响应规律的异同。

弱电网下电压源型变换器静态稳定性分析

电压源型变换器(Voltage Source Converter,VSC)作为新能源发电的并网接口广泛地应用于电力系统。以单台VSC经线路阻抗并入无穷大电网为例,推导弱电网下VSC功率输出特性。基于VSC系统阻尼转矩模型得出阻尼系数直接决定系统静态稳定,同步系数通过影响阻尼功率相位间接影响系统稳定。根据阻尼功率与同步功率之间的相位关系解释了VSC系统静态失稳机理,并且利用Bode图研究了系统参数与运行工况对系统稳定性影响。结果表明,电流环比例增益越低、锁相环带宽越窄或无功功率运行不合理,VSC系统将面临静态失稳风险。同时在Matlab/Simulink中搭建VSC并入弱电网模型,验证了理论分析的正确性。

含多电压源型变换器型电力电子设备的互联电网广域阻尼控制

随着众多电压源型变换器型电力电子设备接入电力系统的渗透比逐步增加,形成了含多变流器的电力电子化互联电网.本文针对多电压源型变换器型变流器的无功调制特点,利用多变流器无功调制能力设计广域阻尼控制策略,为互联电网提供阻尼并抑制低频振荡.首先,对多电压源型变换器型变流器控制环节构成进行介绍,研究并构建了多电压源型变换器型变流器通用性模型;其次,分析了多变流器无功调制阻尼贡献机理;最后提出多变流器广域阻尼控制策略,利用多电压源型变换器型变流器无功环节的模糊控制来对互联电网功率振荡进行抑制.通过构建多电压源型变换器型变流器算例仿真,结果表明,该方法可为系统提供阻尼,有效抑制区域间振荡,增强电力系统的稳定性.

计及边带分量频率耦合的电压源型换流器输入导纳建模

在高比例可再生能源和高比例电力电子设备接入背景下,配电网中的谐波污染和耦合谐振特性逐渐向高频段扩展。高频谐振特性分析时,现有基于开关周期平均的电压源型变换器(VSC)单频阻抗模型难以满足奈奎斯特频率以上的阻抗建模精度需求。为此,该文分析了VSC控制器采样和脉冲宽度调制(PWM)环节产生的边带分量与扰动量之间的频率耦合机理;同时考虑两类边带分量的频率耦合,建立了适用于奈奎斯特频率以上的VSC多频耦合输入导纳模型;分析了PWM采样方式、抗混叠滤波器截止频率对VSC输入导纳的影响规律。基于硬件在环仿真平台的频率扫描和稳定性分析结果,验证了计及边带分量频率耦合的VSC输入导纳模型和相关理论分析的准确性。

基于有源中点钳位五电平电路的双有源桥DC/DC变换器

采用多电平电路构建的双有源桥(dual active bridge,DAB)DC/DC变换器可适用于更高的电压等级并能显著地提高功率密度及性能。基于九开关管五电平有源中点钳位(five-level active neutral point clamed,5L ANPC)电路构建DAB变换器,消除传统的八开关管5L ANPC电路所存在的电平跳变问题。通过分析开关状态之间的切换过程,选取的零开关状态实现所有高压开关管的软开关运行;通过分析不同开关序列对飞跨电容电压和直流侧中点电压的影响,提出一种飞跨电容电压的平衡控制方法。基于1kW样机的实验结果表明,该文构建的5L ANPC DAB变换器获得了优良的性能。

基于准Z源网络的高增益模块化多电平谐振直流升压变换器

针对目前模块化多电平直流变换器(modular multilevel DC-DC converter,MMDC)在工程应用中轻型化、高增益等需求,该文提出一种适用于中小功率新能源接入场合和柔性直流输电系统的单向非隔离型高增益谐振MMDC拓扑及其调制与控制策略。其子模块电容和桥臂电感发生串联谐振,工作在谐振状态。所提变换器特点在于:1)由准Z源网络、上桥臂和下桥臂三部分组成,正常运行时,上、下桥臂投入子模块数恒定,以保证高压直流侧输出电压的稳定;2)结合提出的子模块交替投切调制策略,可实现子模块电容电压自均衡;3)变换器下桥臂大功率子模块可实现软开关运行,具有较小的开关损耗及电磁干扰。详细分析所提变换器的拓扑结构、工作模态、功率流动、控制和参数设计,仿真和实验结果验证所提变换器拓扑和控制算法的有效性。

基于空间电压矢量的有源中点箝位型五电平逆变器母线中点电压平衡问题的研究

有源中点箝位型五电平(active neutral-point-clamped five-level,ANPC-5L)变换器与三电平相比,具有输出电压等级较高、输出功率更大、电流谐波含量较低等特点,在高压大功率领域具有较高的研究价值。以ANPC-5L变换器作为研究对象,采用空间电压矢量脉宽调制控制算法,通过分析ANPC-5L变换器的单相拓扑结构及其工作原理,针对不同开关状态下的ANPC-5L变换器的母线中点电压的波动模型进行研究分析,得出了平衡母线中点电压偏差的公式及ANPC-5L变换器中点电位的平衡域曲线。以此为基础,提出一种有效平衡中点电压的控制方法,通过选择参考电压矢量所在三角形的开关序列及同时控制复用矢量的作用时间之比,实现了悬浮电容电压与中点电压的解耦和平衡控制,最后通过实验进一步验证了控制算法的正确性和有效性。

一种新型并联三电平注入式电流型变换器拓扑

提出了一种三相并联型自换相三电平注入式电流型交直流变换器拓扑结构,给出了开关控制方案和进行了工作原理分析,该拓扑结构的电路完全满足多电平谐波注入原理的要求。基于PSCAD/EMTDC软件环境进行了仿真,验证了文中提出拓扑和控制方案的可行性。新型三电平注入式电流型变换器结构方便拓展到多电平,与现有的并联多电平电流型变换器拓扑结构相比,处于开通状态的注入电路开关平均分配直流输出电流,降低了对注入支路开关器件的电流容量的要求和开关通断时的电流变化率,为主桥开关提供了可靠的零电流开关条件,省去了设计制造大容量多抽头电抗器的不便。

适用于二极管钳位型三电平有源滤波器的母线电压数字控制方法

传统两电平有源电力滤波器(active power filter,APF)由干功率开关耐压水平和载流能力的限制,难以实现对高压大容量非线性负载的谐波补偿。在高压大容量系统中,二极管钳位型三电平变换器得到了广泛的应用。对三电平APF进行研究,提出一种母线电压闭环数字控制策略。在同步旋转dq坐标系下,将三电平APF母线电压控制系统分为电压外环和电流内环2部分。在电压外环中,采用自适应滤波器求出直流侧电压平均值,采用PI控制器产生有功指令电流维持直流侧电压恒定。在电流内环中,针对三电平APF直流侧中点电位不平衡问题,从空间矢量PWM调制方法的角度出发,对中点平衡问题进行仔细研究,提出一种简单的中点电压平衡控制策略,只需检测各相电流和中点电压波动的方向,对小矢量进行取舍实现APF中点电位平衡控制。实验结果表明了所提出算法的正确性和有效性。

多电平变换器中性点电压平衡控制的拓展型教学案例设计

多电平变换器是电力电子领域的重要研究方向。针对多电平变换器中性点电压平衡控制,设计了实验教学案例。由于涉及功率开关器件、拓扑结构、电路分析、变换器建模、调制与控制等知识,多电平变换器的学习要求学生具有一定的背景知识。对于广泛应用的中性点钳位型变换器,直流侧电容器的电压平衡控制是保障系统安全稳定运行的关键技术之一。基于嵌套式中点可控型五电平变换器,对其中性点电压平衡问题展开讨论。通过循序渐进的课程设置,让学生从原理到实践了解并掌握相关知识;鼓励学生进一步在拓扑结构、调制算法和控制策略等方面提出自己的优化思想和创新思路。