面向中压交直流配电网的高频链直流固态变换器损耗模型和分析

高频链直流固态变换器(DCSSC)是中压交直流配电系统的关键设备之一。针对传统方法未考虑硬开关运行问题,本文提出了一种基于输入串联输出并联双有源桥的高频链固态变换器损耗计算方法。分析了高频链直流固态变换器软开关和硬开关工况下的工作原理,给出了不同阶段下开关器件有效导通时间,推导了软开关和硬开关下的电流平均值和有效值解析模型。建立了高频链直流固态变换器的通态损耗和开关损耗模型,给出了改进型高频变压器损耗计算方法。最后通过Matlab和PSIM仿真软件在开关频率和传输功率变化情况下对高频链固态变换器的各部分损耗分布和系统效率进行了验证和分析。

准单级单向Buck直流变换器型高频链并网逆变器

提出准单级单向Buck直流变换器型高频链并网逆变器电路结构与拓扑族。其电路结构是由单向隔离Buck直流变换器和极性反转逆变桥级联构成;其拓扑族包括推挽正激式、双管正激式、并联交错双管正激式、半桥式和全桥式电路。深入分析研究类逆变器的电路拓扑、电流瞬时值控制策略、稳态原理特性和关键电路参数设计准则。以推挽正激式拓扑为例,设计并研制出1kW48VDC/220V50HzAC并网逆变器样机。研究结果表明,此类逆变器具有高频电气隔离、电路结构简洁、准单级功率变换、变换效率高、极性反转逆变桥功率开关电压应力低且为ZVZCS、并网电流质量高等优点。

组合双向升压直流变换器型高频链逆变器

提出了一类组合双向升压直流变换器型高频链逆变器电路结构与拓扑,它由两个隔离双向升压型直流变换器输入侧并联、输出侧反向串联构成。深入研究了互补和独立两种电压瞬时值反馈控制方案及关键电路参数设计准则等。研究表明,采用互补控制时占空比变化范围小、副边功率开关电压应力小、输入电流和输出电压纹波小等特点;采用独立控制时占空比变化范围大、副边功率开关电压应力大、输入电流及输出电压纹波大等特点。研制了单端式500VA 18-32VDC/115V400HzAC互补控制逆变器样机,给出了样机测试结果。

用于柔性直流配电的高频链直流固态变压器

提出直流固态变压器(DC solid state transformer,DCSST)将作为柔性直流配网中的关键环节,以实现高压直流配电和低压直流微电网间电压和功率的灵活控制和快速管理。文中给出一种基于高频隔离的双向DCSST方案,其具有与传统隔离双向DC/DC变换器类似的传输功率模型;串联端的电压平衡与并联端的功率平衡等价;并且较易实现分布式、模块化和即插即用的软硬件结构。文中给出DCSST的拓扑结构、工作模式、传输功率特性、控制和管理策略、设计和实现方法;在此基础上,基于SiC功率器件,搭建用于柔性直流配网的DCSST样机,验证控制和设计方法的正确性和有效性。随着柔性直流输配电的快速推广,DCSST具有较大的应用前景。

电网不平衡工况下高频链矩阵变换器非线性反步控制策略

高频链矩阵变换器(high-frequency link matrix converter,HFLMC)因具有高效率、高功率密度、高可靠性等优势,在V2G、储能、微电网等应用中受到广泛关注。但在三相电网电压不平衡工况下,HFLMC不仅在网侧产生电流畸变,降低电能质量,而且在直流侧产生二倍频波动,降低负载和系统可靠性。为此,文中提出一种兼顾电网平衡和不平衡工况的HFLMC非线性反步控制策略(onlinear backstepping control strategy under unbalanced grid conditions,UBG-BSC)。首先,建立HFLMC数学模型,分析不平衡工况下HFLMC的瞬时功率,推导出两相静止坐标系下的输入电流参考值;然后,基于HFLMC数学模型分别设计α轴和β轴反步控制器,实现对输入电流参考值的快速跟踪控制,并根据李雅普诺夫稳定性理论证明HFLMC闭环系统的稳定性;最后搭建2kW实验样机,结果表明,相比于传统控制策略,采用所提UBG-BSC策略的HFLMC网侧THD降低了1.7%,直流侧二倍频波动减小了76%,输出电流响应速度提升了85%。

试论用于柔性直流配电的高频链直流固态变压器

本文主要针对高频隔离的双向高频链直流固态变压器方案进行分析,从高频链直流固态变压器的拓扑结构、工作模式、传输功率特性、管理和控制等方面进行深入研究,从而实现高频链直流固态变压器实际应用的有效性和实用性,推动柔性直流配电网的有序发展。

三端口隔离DC-DC变换器的暂态直流偏置机理及抑制策略

三端口隔离DC-DC变换器(TAB)作为分布式光伏接入直流配电系统的一种积极探索与尝试,具有控制灵活性高及供电可靠性好的优势。传统移相控制方法下,当移相角发生突变时,各端口电感的高频链电流及高频变压器的励磁电流中存在暂态冲击和直流偏置现象,进而可引起开关管电流应力增加,导致变压器单向饱和,威胁变换器的安全运行。该文在量化TAB暂态直流偏置的基础上,从开关管驱动信号出发,剖析暂态直流偏置的形成机理,构建可抑制直流偏置分量的驱动信号数学模型,提出了两种典型的驱动信号组合方法。不同于占空比恒定的移相控制策略,该文通过改变各端口方波电压的占空比或加入与移相角相关的零电压阶段,进而可在一个开关周期内同时抑制各端口高频链电流及变压器励磁电流的直流偏置分量。通过模拟移相角跳变及输出功率突变,对比分析了传统移相控制策略与该文所提直流偏置抑制策略下各端口的响应特性。仿真及实验结果表明,该文所提方法不仅适用于移相角的多步阶跃跳变,在移相角连续变化的过程中也是有效的。

适用于直流微电网的开关电容接入式双主动移相变换器

提出了一种适用于直流微电网的开关电容接入式双主动移相变换器的拓扑结构,当变换器的高低压侧直流电压之比与高频变压器的物理变比不匹配时,通过增加高压侧全桥的直通状态,可以实现高频链环节的电压匹配,具有简单且易实现的优点。另外,当发生直流侧的短路故障时,可以实现直流开关功能,快速切除故障并且在故障消失后可以快速恢复运行,提高了系统的可靠性。对所提拓扑结构的电压电流特性、换流行为和控制策略进行了分析,在此基础上,分别通过仿真分析和实际样机的物理试验验证了所提拓扑的正确性和实用性。