基于辅助充电支路的模块化多电平变换器结构高频纳秒脉冲发生器

高频纳秒脉冲串治疗肿瘤已逐渐成为一种新的医疗手段,但发生器输出高频脉冲串时的开关损耗问题还有待进一步研究。因此该文提出一种基于辅助充电支路的模块化多电平变换器(MMC)拓扑。在MMC模块的一个MOSFET处并联二极管和电阻,为电容提供充电回路,消除充电电流对开关的导通损耗,提高脉冲发生器的稳定性。首先,对该文提出的拓扑结构进行原理介绍;其次,计算硬件参数并利用Pspice对拓扑结构进行仿真验证;最后,研制一台五级模块化的输出装置并进行性能测试。连续输出模式下:前沿20ns,后沿30ns,幅值为4kV;脉冲串输出模式下:最高串内频率1MHz的脉宽100~500ns、幅值0~4kV可调的纳秒脉冲串。开关温升测试表明,在该文测试条件下,RD-MMC相比于MMC的尾切开关温升减少约30%;同时,利用细胞溶液作为负载,测试电压电流波形稳定。该文研制的脉冲发生器为进一步研究高频纳秒脉冲串在生物领域的应用奠定了基础。

一种模块化多电平变换器的改进型预充电策略

为实现基于模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)的变频驱动系统启动前对电容的平稳准确充电,提出了一种预充电策略。MMC预充电过程可分为不控充电阶段和可控充电阶段。以可控充电阶段的控制策略为研究重点,分析了充电电流恒定时的电压变化规律,给出了充电电流控制方程。该策略充电时间可调,无需实时观测子模块电容电压,能使各电容电压平均、平稳上升,半实物仿真证明了所提方案的正确性和有效性,为MMC驱动电机提供了应用基础。

模块化多电平变换器预充电控制策略

模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)的预充电过程可分为不可控预充电和可控预充电两个阶段。为分析不可控阶段子模块电容电压的抬升过程,将MMC的不可控预充电过程和三相全桥不可控整流过程进行了类比分析。进一步针对可控预充电阶段提出了一种简单有效的解锁控制策略,该策略能够充分利用限流电阻的限流能力,将子模块电容电压快速提升至变换器稳态运行需要的电容电压,所提控制策略无需设计专门的预充电控制器,且能够有效降低变换器由预充电过程转为正常运行过程时子模块电容电压的波动,减小对电容器的冲击,延长电容器的使用寿命。最后,在PSCAD/EMTDC软件仿真平台上搭建了双端MMC详细仿真模型,仿真结果验证了所提控制策略的有效性。

基于模块化多电平变换器的插电式混合电动汽车系统充电控制策略

针对带独立发电机的混联式插电式混合电动汽车(PHEV),该文提出一种基于“背靠背”模块化多电平变换器(MMC)的一体化功率变换器拓扑及其外接单相交流电源充电控制方案。该方案利用MMC拓扑模块化结构的优势,分析了拓扑工作在单相交流充电模式下各桥臂、子模块的功率流向等特点,基于载波相移正弦脉冲宽度调制,提出适用于该控制策略的正弦半波调制方法,采用基于桥臂电流控制的电池荷电状态(SOC)层次化均衡策略,无需额外的充电电路以及复杂的电池管理系统(BMS),可实现各电池单元的快速均衡充电,避免因单体电池差异引起的整体储能系统循环寿命缩减。通过Simulink仿真及RT-LAB实时仿真器硬件在环实验,验证了该变换器的可行性和充电控制策略的有效性。

新型模块化多电平DC-DC变换器拓扑及其工作机理分析

针对目前模块化多电平DC-DC变换器拓扑结构及其主要采用的交流平衡控制方法所带来的问题,基于直流控制思想,提出了一种新型模块化多电平DC-DC变换器拓扑。通过重构一种全桥子模块结构,每个子模块电容同时包含两条充放电路径,相邻子模块间通过形成局部的并联支路实现电容间电能传递和电容电压自平衡,避免了子模块电容在单向直流电能变换导致的电压失衡。通过对变换器的平衡机理及其基本工作原理分析、仿真实验验证,结果表明所提出的变换器在直流控制方式下能够稳定运行,子模块电容电压具有自平衡能力,变换器电压变比范围大,具有适用于不同应用场合直流输配电的应用潜力。

模块化多电平变换器与级联H桥变换器在中高压变频器应用中的对比研究

级联H桥型变换器CHB(cascaded H-Bridge)由于其笨重、复杂的多绕组移相变压器,限制了其向更高电压/功率等级电机驱动中应用。而模块化多电平变换器MMC(modular multilevel converter)的拓扑结构相比CHB可省去其笨重、复杂的移相变压器,因而更希望能够采用MMC来实现更紧凑、更灵活的电机驱动解决方案。但需要指出,MMC与CHB实际上存在很多不同之处,至今还没有文献对这两种拓扑各方面性能进行过系统的比较。为此,文中首次详细对比了MMC与CHB在电路结构、工作原理、元件数量、PWM调制方法、谐波性能等方面的优缺点,并探讨了MMC在电机驱动应用中需要面对的电容电压平衡问题、环流问题、启动预充电问题、以及低频运行时的电容电压波动等问题,并给出了相应的解决方法与一些基本的实验验证,旨在为模块化多电平换流器在电机驱动应用中的推广提供一点抛砖引玉的作用。

模块化多电平变换器拓扑的通用控制方法

针对现有模块化多电平变换器(MMC)拓扑结构繁多、控制策略通用性差的问题,此处提出了一种MMC拓扑的通用控制方法。首先针对MMC的典型拓扑结构进行了拓扑分析并分类,典型拓扑包括MMC、模块化多电平矩阵变换器(MMMC)和六角形模块化多电平AC/AC换流器(Hexverter)。然后通过基于状态空间表示的电流控制和支路能量平衡控制两部分阐述该控制方法的基本原理。针对支路能量平衡问题,此处提出了一种使附加电流应力最小化的优化方法。最后以MMMC为例,通过仿真分析和所搭建的低压实验平台验证了所提通,用控制策略的有效性。结果表明所提通用控制策略的不同解决方案均能有效平衡支路功率,实现控制需求。

基于MMMC插电式混合电动汽车变换系统及充电控制策略

提出一种基于模块化多电平矩阵变换器(MMMC)的插电式混合电动汽车(PHEV)综合变换系统,该系统同时兼顾电机驱动和电池管理,不需额外的充电电路。针对该系统,研究了外接电源充电控制策略。通过建立系统小信号模型和分析各部分功率关系,提出了以MMMC桥臂电流直接控制为核心的多层次电池荷电状态(SOC)均衡充电控制策略,包含相间、桥臂间以及本桥臂各子模块电池SOC均衡充电控制。搭建了RTLAB硬件在环仿真实验平台,实验结果验证了所提出的控制策略的有效性和可行性。

新型基于NLC法的MMC-HVDC预充电控制

在柔性高压直流输电系统(MMC-HVDC)正式运行之前,为减小瞬态冲击电流,需要一定的预充电控制策略对子模块电容进行充电。为解决这个问题,提出一种新型基于最近电平逼近控制法(NLC)的MMCHVDC预充电控制策略,该策略采用NLC法无需额外附加电路便可完成MMC-HVDC系统的预充电。基于理论分析搭建调试了10 kV·A的仿真模型及实验平台,二者结果均表明,所述预充电控制策略能够有效减小MMC-HVDC启动过程中的瞬态冲击电流。

MMC-HVDC启动控制策略研究综述

在基于模块化多电平换流器(MMC)高压直流输电系统(MMC-HVDC)正常运行之前需对换流器桥臂子模块电容预充电,为了减少预充电阶段产生的电压电流冲击,需对系统的预充电启动策略进行设计。首先分析了MMC的拓扑结构,工作原理和数学模型。然后重点阐述了MMC-HVDC系统的预充电过程,限流电阻的选取原则,单站和双站预充电策略并对其进行总结分析,以此为基础指出了今后关于MMC-HVDC启动控制方面的研究趋势和方向。

应用于配电物联网的高压直流固态变压器启动策略研究

直流固态变压器作为未来能源互联网的关键智能装备之一,在配电物联网中具有广阔的应用前景。然而,在其启动过程中往往会造成很大的冲击电流,对配电系统稳定性造成了影响。文章提出了一种有效的一次侧/二次侧子模块软充电策略,一次侧充电策略采用不控充电阶段和最大电流可控充电阶段以控制桥臂充电电流峰值。二次侧充电策略采用定占空比增大法,使得交流侧充电电流逐渐增大至稳态。该方法不需要借助额外的辅助电源,通过子模块的投入与闭锁状态,将各子模块充电至一定电压,抑制充电电流尖峰。文章分析了各个充电状态下的功率传导公式,得出了二次侧的最大充电电压。最后通过Matlab仿真,验证了该方法的有效性。