基于等效开关电路模型的三重化线电压级联型变换器控制

线电压级联型功率变换器是一种以传统两电平六开关电压源型变换器为单元,通过线电压级联方式构成的多重化变换器。由于其具有易于模块化,扩展性强,所需隔离直流电源数少等优点,因此更适合作为网侧变换器用于风力发电系统。通过分析其工作原理与结构特点,提出一种载波移相空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)策略;并建立统一的等效开关电路模型;通过分析传统的采用集成控制思想所设计的控制系统的不足,从而提出一种改进的控制策略。该策略不仅具备集成控制的优点,且通过增加均压补偿控制环及负序电流抑制环,实现了对多重化变换器中各组成单元传输功率的控制,解决了因各单元传输功率不均衡而造成的直流侧电容电压不均等与交流侧三相线电流不对称等问题。实验结果表明了所提出的控制策略的正确性与有效性。

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.

三相线电压级联多电平变换器原理及仿真研究

级联多电平变换器以其良好的性能在电力电子变换领域有着广泛的应用,但目前仅有单相串联结构,不易直接应用与三相系统。为研究三相线电压级联多电平变换器,结合单元串联多电平变换器原理,提出了一种三相线电压级联多电平变换器的拓扑结构及其相应的控制方法,并进行了仿真研究。结果表明,这种模块化的结构构具有提升电压等级、降低总谐波次数THD的功能,与单元串联多电平变换器相比,能够节省开关管个数及独立直流电源个数,适合在高压大功率场合使用。

三相线电压级联VIENNA变换器调制及直流侧电压控制

针对H桥级联多电平变换器存在开关管及直流电容数量多、控制复杂等问题,提出一种三相线电压级联VIENNA变换器拓扑。分析该拓扑的等效电路模型、各支路电流关系式及等效电平级数,设计基于单周期级联控制的功率因数校正脉宽调制(PWM)策略;推导出此拓扑直流侧电容电压的数学表达式,得出它的最小平均值及谐波成分的最大值;提出零序电流注入法实现级联变换器直流侧电容电压均衡控制。仿真分析和实验结果表明,提出的新型变换器拓扑及其控制策略,其开关管的耐压大大降低,并具有较高的功率因数和较低的总谐波畸变率(THD),可以保持各模块直流输出电压均衡性,可作为新一代高压大功率变换器的整流级。

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。

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。

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。

三相线电压级联VIENNA变换器原理及仿真分析

提出一种能量单向传输的、能在高压下完成单位功率因数整流的三相线电压级联VIENNA变换器拓扑,此新型变换器可作为新一代高频隔离中高压变压变频器的整流级。分析了该拓扑的工作原理及向更高级数拓展的方法,提出了相应的控制策略,并进行了仿真研究。理论分析和仿真结果表明,所提新型变换器拓扑在合适的控制策略下,可以具有很高的功率因数和很低的总谐波畸变THD;可以始终保持各模块直流输出电压均衡一致性。与传统级联变换器相比,可大大减少全控器件个数和耐压值,从而使得控制复杂度和成本均得以降低。

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。

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。

不对称电压暂降对级联型变换器影响机理分析及参数设计

为降低级联H型变换器(CHB)对电压暂降的敏感度,提出了其耐受不对称电压暂降的参数设计方法。首先由不对称电压暂降下CHB各子模块整流桥臂导通特性,分析了不对称电压暂降下CHB子模块的三相整流电路的工作原理;在此基础上,提出了CHB各子模块直流电压幅值跌落的计算方法,作为设计满足直压裕度子模块数目的参考;最后依据不对称电压暂降下CHB各子模块输入、输出侧能量守恒关系,得到不对称电压暂降下各模块直流电压仍满足纹波需求所需的电容大小。试验结果表明:该参数设计使CHB具备免疫不对称电压暂降的能力,为CHB的设计、相关储能装置的设计提供参考依据。

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。

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.

级联型多电平逆变器线电压谐波优化的SVPWM策略

级联型多电平逆变器采用载波移相控制可以自然实现各H桥单元功率均衡,开关管开关次数保持一致,而采用同相层叠控制可得到谐波含量更小的线电压,但各H桥单元功率不均衡,开关次数也不一致。本文提出一种结合同相层叠控制和载波移相控制二者优点且实现简单的空间矢量调制策略。通过对电压矢量进行重新组合划分,可以将多电平空间矢量控制算法简化为多个两电平空间矢量的移相叠加。对载波进行重构,可以实现输出线电压谐波更小,同时各H桥单元功率自然实现均衡,开关管开关次数达到一致。搭建了一台三相4.5kW的级联型五电平逆变器,对所提出的SVPWM策略进行了实验验证,实验结果表明所提出的空间矢量调制策略的有效性。

一种H桥级联型PWM整流器的直流母线电压平衡控制新方法

直流电压平衡是H桥级联型整流器(CHBR)控制的主要问题。针对此本文提出了一种电压平衡控制新方法。文中推导了整流器的调制比增量与输出电压之间的关系式。在此基础上,通过反馈的直流电压重新配置调制比,以调节各路直流电压,使之达到平衡。文中讨论了在算法实现中遇到的问题,并给出了解决措施,得到一种较好的控制算法。对所提的方法进行了仿真与实验研究。结果表明,该方法适用于多级级联的CHBR拓扑,能够实现对输入电流以及各级输出电压平衡的控制。

三相电压源型逆变器级联的静止同步补偿器

提出一种三相电压源型逆变器级联的静止同步补偿器。该补偿器主电路由具有独立直流侧电容的三相电压源型逆变器通过单相耦合变压器级联而成,耦合变压器的容量为补偿器容量的1/3,具有逆变器中开关器件的开关应力小、直流侧电容电压波动小、补偿电流的波形品质好等优点。采用移相脉宽调制技术可以在不改变输出电压品质的情况下降低逆变器的开关频率,将输出电压的谐波主频带推至3倍开关频率附近,采用d-q解耦控制可提高补偿器的响应速度。考虑到补偿器中各逆变器可能存在参数不一致的问题,对各逆变器的直流侧进行电压平衡控制,仿真实验证明了该补偿器及其控制方法的正确性和有效性。

基于PCHD模型的三相四线电压型PWM整流器无源控制

本文首先建立了三相四线电压型PWM整流器的PCHD数学模型。根据控制目标,基于PCHD模型,利用IDA-PBC设计了PWM整流器的无源控制器。由于IDA-PBC采取能量成形和注入阻尼,可使能量存储函数快速趋于期望平衡点,实现控制目的。由无源控制器确定出dq0坐标系下的开关函数是简单的代数表达式,可简化控制结构。由于无源控制器是在保证稳定的前提下,由注入阻尼的大小就可调节整流器的性能,具有易于调试和工程实现的特点。计算机仿真结果证实了基于PCHD模型三相四线电压型PWM整流器无源控制的可行性。

Z源型逆变器母线电压的二次谐波及其抑制策略研究

针对Z源逆变器母线电压有效值二倍频于输出正弦波的脉动分量现象进行了讨论,详细分析了该现象的成因、危害及影响因素,并提出了抑制方法,同时利用仿真模型对Z源逆变器母线电压有效值二倍频脉动分量的各影响因素进行对比测试,得到的仿真结果验证了分析的准确性。在分析的基础上,提出电流内环中加入重复控制策略的方式来抑制母线电压二次谐波对于输出电压的影响,仿真和实验结果都验证了控制策略的有效性。

抑制直流母线电压波动的四象限级联型变频器前馈控制策略

四象限级联型变频器功率单元H桥的瞬时输出功率以2倍和4倍频率脉动,使得直流母线产生2次和4次纹波电压。单个功率单元输入端PWM整流器采用前馈控制策略能有效抑制母线电压波动,且总的并网电流无低次谐波。从功率单元的数学模型出发,推导出输入输出的瞬时有功功率,提出了基于瞬时abc理论的瞬时有功电流前馈控制来抑制直流母线电压波动,同时建立了基于Kalman滤波的负载电流估计模型。最后通过功率单元实验测试,验证了控制策略的可行性。

一种级联型电压源换流器交流侧单相接地故障特性分析

针对一种三相两电平电压源换流器(Voltage Source Converter,VSC)单元级联型柔性直流换流器交流侧单相接地故障,分析了直流侧中性点直接接地方式下换流器各级联VSC单元的故障特性,详细阐述了故障电流通路,推导了故障电流的解析方程,分析了故障点位置换流器故障特性的影响,指出了故障条件下各级联VSC单元电气量特征的差异性,为换流器接地方式及保护策略的工程设计提供依据。最后通过建立的三相两电平VSC单元级联型换流器RTDS仿真系统,验证了本文分析的正确性和有效性。