适用于柔性互联的电流源型双有源桥高频环节频域建模及设计

中低压柔性直流互联可提升配电网的灵活性和可靠性,双有源桥变换器是柔性互联装备中实现电压变换和电气隔离的关键环节。电流源谐振型双有源桥利用直流电容参与谐振和软开关设计,可大幅提高双有源桥功率密度和效率。然而,电流源谐振型双有源桥和传统电压源谐振型双有源桥特性存在较大差异,谐振腔由直流谐振电容和交流侧谐振电感组成,导致高频电流时域建模复杂,影响零电流软开关(ZCS)频率设计,难以得出ZCS开关频率与谐振频率的解析表达式。从频域角度,提出了基于基波分量的高频隔离环节等效电路建模方法,建立了ZCS开关频率与谐振频率的解析关系,仿真结果验证了所提方法的有效性和准确性。

高频环节电力电子变换技术的发展与现状

系统地论述了高频环节DC/AC变换技术、高频环节AC/DC变换技术和高频环节AC/AC变换技术的发展与现状,给出了电路结构、拓扑实例、控制策略与特点。用高频变压器替代低频环节电力电子变换器中的工频变压器,有效克服了低频环节电力电子变换器存在的体积与重量大、变压器铜铁用量大、音频噪音大、成本高等缺陷,以及非隔离型电力电子变换器存在的输出与输入无隔离、电压传输比小、电磁干扰(EMI)严重、用电安全性弱等缺陷,显著提高了变流器特性。随着铜、铁原材料和能源的日益紧张及其价格的急剧增长,高频环节电力电子变换技术越来越展现出其独特优势,在电力、通讯、航空等传统领域和新能源发电、智能电网等新兴领域均具有重要的应用价值。

两种移相控制全桥式高频环节逆变器比较研究

新颖的全桥式高频环节逆变器,由高频逆变桥、高频变压器、周波变换器以及输入、输出滤波器构成,包括全桥全波式和全桥桥式拓扑。该文首次对双极性、单极性移相控制全桥式高频环节逆变器的控制策略、原理特性、关键电路参数设计准则和原理试验等进行了深入的比较研究,获得了重要研究结论。相对于双极性移相控制时,单极性移相控制高频环节逆变器获得了更优的综合性能。移相控制全桥式高频环节逆变器,在中大功率DC/AC变换场合具有重要的工程应用价值。

一种具有高频环节的 SPWPM 变换电路的研究

提出了一种新的调制方式。该方式通过有效地变动单极性ＳＰＷＭ电压波形的结构，得到ＳＰＷＰＭ电压波形。ＳＰＷＰＭ电压波形含有ＳＰＷＭ波的所有信息，但不含调制波的频率成分，因此可利用高频变压器进行耦合传输。通过解调，ＳＰＷＰＭ波又可恢复为常规的ＳＰＷＭ电压波形。这样，大大地减小了变换装置的体积和重量，提高了效率，减小了听觉噪声。

一种新颖的软开关组合式高频环节逆变器的研究

将恒频移相LCC谐振电路与SPWM控制技术有机结合,提出了一种新颖的软开关高频环节单相逆变电路。详细分析了它的工作原理、控制方法及稳态特性,并利用MATLAB仿真软件绘制了一组稳态特性曲线,该曲线有利于电路参数优化。针对阻性和感性负载分别进行了实验,结果证明整个电路都实现了软开关,减小了开关损耗,提高了电路效率。

差动Boost直流变换器型高频环节逆变器

提出并深入研究差动Boost直流变换器型高频环节逆变器的电路拓扑、控制策略、稳态原理特性和关键电路参数设计准则,并给出原理实验结果。这类逆变器是由2个相同的、输出反相低频正弦脉动直流电压的高频电气隔离双向功率流Boost直流变换器以差动电路构成。研究结果表明,这类逆变器具有高频电气隔离、电路拓扑简洁、双向功率流、输入电流纹波小、负载短路时可靠性高、输出容量大等优点,拓宽和丰富了电力电子学高频环节逆变技术理论。

独立光伏系统具有高频环节逆变器研究与设计

以研制独立光伏系统逆变器为背景对具有高频DC/DC中间环节逆变器进行了研究和设计,采用了FB-PS-PWMZVS技术,引入了新一代软开关控制器UCC3895,提出了互补型脉宽调制(CPWM)的单极性正弦逆变概念,并将SG3525引入SPWM逆变控制中。实验和仿真验证了设计思想和设计方案。

一种新颖的高频环节DC/AC变换器的控制方法研究

在简要论述了具有高频环节的DC/AC变换器特点基础上 ,提出了一种基于移相控制思想的控制方法 ,该方法可以使交 -交变频器的所有开关都在零电压条件下开通和关断 ,而且可以安全地重叠换相 ,从而有利于高频变压器漏感中储能放电。同时也提出将用于通用型直流电压源逆变器的PWM波生成方法 ,经过同步处理后 ,可以应用到该交 -交变频器中。本文以空间电压矢量生成软化PWM波为例 ,进行了输出电压的谐波分析 ,并且针对三相感应电动机负载 ,进行了实验研究 。

一种电压钳位型零电压开关推挽式高频环节DC/AC变换器

提出了一种电压钳位零电压开关(zero voltage switch,ZVS)型推挽式高频环节DC/AC变换器,首先给出了所提出高频环节DC/AC变换器的推衍过程,针对所推衍出的拓扑结构给出了其开关控制策略。重点叙述了其稳态工作原理,并采用状态空间法建立了变换器的输入输出平均模型,然后分析了该变换器的主要特性。通过对比分析发现,所提出的DC/AC变换器与移相全桥式DC/AC变换器具有相类似的特性,变压器原边功率管S_1、S_2很容易实现ZVS开通,功率管S_3在漏感能量足够的条件下实现ZVS开通,且其两端电压可被钳位于输入电压,变压器副边的周波变换器则很容易实现ZVS换流。此外,相比传统推挽式DC/AC变换器,所提出变换器解决了其硬开关、损耗大的问题。最后,设计了一台功率为500VA,输入输出为48VDC/110V 50Hz AC原理样机,实验结果验证了所提出变换器的工作原理及理论分析的正确性,变换器效率可达91.5%以上。

新颖的单级双向反激式高频环节逆变器

提出单级双向反激式高频环节逆变器电路拓扑及其Buck型有源箝位电路,并对这种逆变器的电路拓扑、电压瞬时值反馈控制策略、稳态原理特性、Buck型有源箝位电路和关键电路参数设计准则等进行深入的分析研究。这种逆变器电路拓扑是由输出低频正、负半周的单极性脉宽调制电流波且共用输入、输出滤波器的两个相同的双向Flyback直流变换器以输入端并联、输出端反向串联构成。采用所提出的电路拓扑,设计并研制成功的750 VA 48 VDC/220 V 50 Hz AC逆变器样机具有电路拓扑简洁、单级功率变换、变换效率高、控制简单、有源箝位性能良好等优良性能。

全桥升压型高频环节AC/AC变换器

首次提出了全桥升压型高频环节AC/AC变换器电路拓扑,它是由储能电感、输入周波变换器、高频变压器、输出周波变换器以及输入、输出滤波器构成。深入分析研究了这种变换器的稳态原理与移相控制策略,获得了输出电压、储能电感电流、高频变压器匝比、储能电感、输出滤波电容等关键电路参数的设计准则。理论分析结果表明,这种变换器具有高频电气隔离、电路拓扑简洁、两级功率变换(LFAC-HFAC-LFAC)、双向功率流、变换效率高、网侧功率因数高、负载适应能力强、负载短路时可靠性高等优点,为优良性能的正弦交流稳压器、调压器、电力电子变压器和同频波形变换器奠定了关键技术基础。原理实验结果证实了这种变换器的可行性。

差动Buck-Boost直流变换器型高频环节逆变器

从差动结构的角度提出了差动Buck-Boost直流变换器型高频环节逆变器电路拓扑,该逆变器是由2个相同的、输出反相低频正弦脉动直流电压的高频电气隔离双向Buck-Boost直流变换器以差动电路构成。针对该逆变器的特点采用电压瞬时值反馈互补双向控制策略。给出了逆变器稳态工作时的4种工作模式,根据4种工作模式分析逆变器在一个低频输出电压周期内阻性、感性和容性负载下的稳态工作原理。利用开关状态等效电路进行分析计算得到了不同占空比下的逆变器标幺外特性,给出了关键电路参数的设计。实验结果证实了此逆变器及其控制策略的正确性与可行性。

推挽双向电流源高频环节航空静止变流器研究

提出了推挽双向电流源高频环节逆变器电路拓扑 ,分析研究了其稳态原理和电压瞬时值反馈控制方案。设计并研制的 2 5 0VA2 7VDC/ 115V4 0 0HzAC航空静止变流器原理样机 ,具有电路拓扑简洁、双向功率流、控制简单、变换效率高、可靠性高等优点 ,在低输入电压小功率逆变场合具有重要应用价值。

全桥Boost型高频环节DC-AC变换器

在全桥Boost型高频环节AC-AC变换器基础上,提出将输入周波变换器变为高频逆变器,并且在输出负载与输入电源之间联接高频电气隔离反激式变换器能量回馈电路,实现全桥Boost型高频环节DC-AC变换。该变换器是由输入滤波电路、储能电感、高频逆变器、高频变压器、周波变换器、输出滤波电路依序级联构成,深入分析了其控制策略与稳态特性,并给出了关键电路参数与仿真结果。这种变换器适用于要求输入电流纹波小、负载短路时可靠性高、输出容量大、体积和重量小的逆变场合。

新颖的双向功率流高频环节DC/AC逆变器

提出了一类新颖的双向功率流高频环节DC/AC逆变器电路拓扑 ,对这类电路拓扑及其控制原理作了详细分析 。

差动正激直流变换器型高频环节逆变器

提出差动正激直流变换器型高频环节逆变器电路拓扑,并对该变换器的电路拓扑、瞬时电压控制策略、稳态原理特性、关键电路参数设计准则等进行了深入地分析研究。该逆变器是由2个相同的、输出反相低频正弦脉动直流电压的高频电气隔离双向功率流正激直流变换器以差动电路构成。理论分析和仿真结果表明,该变换器具有高频电气隔离、电路拓扑简洁、双向功率流、输出电压纹波小、负载适应能力强等优点。原理实验证实了这种逆变器的正确性与可行性,为实现新型逆变电源奠定了关键技术基础。

带Z源的高频环节AC-AC变换器

提出了一种基于Z源的高频环节AC-AC变换器,它是由输入滤波电路、储能电感、输入周波变换器、高频变压器、输出周波变换器、控制开关、输出滤波器依次级联组成。深入分析研究了这种变换器的稳态原理与移相控制策略。最后进行了仿真和实验。仿真和实验结果表明,这种变换器具有输出变压(升/降)、频率可变、高频电气隔离、双向功率流、负载适应能力强等优点,为优良性能的智能万用变压器、正弦交流稳压器、调压器、电网补偿器奠定了关键技术基础。

两种移相控制全桥式高频环节AC/AC变换器比较研究

新颖的全桥式高频环节AC/AC变换器,由输入周波变换器、高频变压器、输出周波变换器以及输入、输出滤波器构成,包括全桥全波式和全桥桥式拓扑。对双极性、单极性移相控制全桥式高频环节AC/AC变换器的控制策略、原理特性、关键电路参数设计准则和原理试验等进行了深入的比较研究,获得了重要研究结论。相对于双极性移相控制AC/AC变换器,单极性移相控制AC/AC变换器获得了更优的综合性能。移相控制全桥式高频环节AC/AC变换器,为实现新型的、中大容量的正弦交流稳压器、电子变压器和交流调压器奠定了关键技术基础。

优良综合性能的正激式高频环节交-交变换器

新颖的正激式高频环节交-交变换器,是实现新型电子变压器、正弦交流稳压器和交流调压器的关键技术基础,其电路结构由输入周波变换器、高频变压器、输出周波变换器以及输入、输出滤波器构成,能够将一种不稳定的劣质交流电变换成另一种稳定、优质的同频交流电,具有高频电气隔离、拓扑简洁、两级功率变换(LFAC-HFAC-LFAC)、双向功率流等优点。研究了该类变换器的电路结构与拓扑、控制策略,给出了关键电路参数设计准则。设计并研制成功的1kVA220V±10%50HzAC/110V50HzAC正激式高频环节交-交变换器工程样机表明,该类变换器具有输出波形质量高、变换效率高、功率密度高、网侧功率因数高、负载适应和过载能力强、音频噪音低、体积重量小等优良的综合性能。

组合整流式高频环节逆变器

根据并网逆变器轻型化和需要电气隔离的要求,提出一种组合整流式高频环节逆变器。给出了该逆变器各开关器件控制信号产生的方式和逆变器主要的波形。分析了电路的工作模态。根据对变压器输入电压和逆变器输出电压波形的傅里叶分解,指出逆变器工作于高频状态,而逆变器输出电压可以采用LC滤波器得到正弦电压。比较了组合整流式逆变器和单极性高频脉冲交流环节逆变器,得出各自的优缺点。实验结果表明了所提逆变器具有优良的性能,适用于并网逆变器。