基于模型预测控制的高频隔离型混合配电变压器

配电台区新型源/荷占比逐年提升,使得高/低电压、谐波放大、三相不平衡等配电终端电能质量问题凸显。提出一种基于模型预测控制的高频隔离型混合配电变压器,具备电能质量综合治理、交/直流混合配电等功能,可以满足配电终端用户高品质供用电以及新型源/荷友好接入需求。介绍了高频隔离型混合配电变压器的拓扑结构并推导了数学模型。结合拓扑结构特点,设计了连续控制集模型预测控制(CCS-MPC)策略和延时模型预测控制策略,CCS-MPC通过计算最优化占空比,实现前端变换器输出具有固定的开关频率和开关序列,减小寻优计算量。利用MATLAB/Simulink仿真软件搭建了一套10 kV/0.4 kV电压等级的高频隔离型混合配电变压器系统,验证了所提拓扑结构电能质量综合治理能力的有效性。

智能电网中的新一代高频隔离功率转换技术

随着智能电网的发展,主要由变压器和开关构成的传统配电网结构将会改变,功率转换系统将作为更为核心的角色并实现更为系统性的功能。首先论述智能电网中功率转换技术的研究意义;在此基础上,对传统功率转换技术的局限性以及新一代高频隔离功率转换技术的概念和发展特点进行全面阐述。其次,从系统层面介绍国内外关于高频隔离功率转换技术的典型研究项目,从变换器层面介绍关键技术的研究进展。在此基础上,从技术层面提炼出现阶段高频隔离功率转换技术研究中需解决的关键问题。同时,以高频隔离固态变压器为典型案例,讨论新一代高频隔离功率转换技术在智能电网中的应用方案。最后,结合中国的研究现状,给出发展建议。

基于开关瞬态波形提取高频隔离变压器漏感参数

双有源桥(DAB)DC-DC变换器中的高频隔离变压器是电能路由器的核心器件之一,在整个系统中承担着电气隔离、电压变换和功率双向传输的功能,对高频隔离变压器的漏感参数进行精确提取具有重要意义。而基于传统变压器实验的漏感测量方法不能很好地匹配变压器的实际工作波形,为此,提出一种基于DAB移相控制实验的提取漏感方法。基于该方法,在不同的工作频率和电压条件下,对待测变压器进行了多组实验,实验结果证明了该方法的有效性。最后分析总结了变压器漏感和工作频率、电压幅值、移相比等因素的变化关系。

高频隔离型光伏并网逆变器拓扑及其控制策略

在全桥倍流DC/DC拓扑的基础上加以改进,提出了一种高频隔离光伏并网逆变器拓扑,所提拓扑保留了倍流电路电流纹波小等优点;且高频变压器输出经过一级变换直接输出低频交流,无直流环节,有利于提高系统效率。引入混合型正弦脉宽脉位调制(sinusoidal pulse width and position modulation,SPWPM)策略,将正弦调制和高频逆变功能均在前级逆变器完成;后级倍流电路工作在工频和高频混合模式,有利于减小开关管损耗及保证电流平滑换流。同时为消除并网电流控制策略中静态误差等问题,采用比例谐振(proportion resonant,PR)控制器代替传统的比例积分(proportion integral,PI)控制器。仿真分析和实验结果验证了所提控制策略的可行性。

一种应用于电动汽车快速充电站的高频隔离双级功率变换器

提出了一种新型可应用于电动汽车直流快速充电站的高频隔离型(high-frequency-isolation,HFI)双级功率变换系统结构,该变换器结合了前端三电平Buck变换器与后端LLC谐振变换器的双重优点。三电平Buck变换器开关管承受的电压为直流母线电压的一半,适合应用在高压大功率的场合,后端采用LLC谐振变换器可以实现高频电气隔离,同时具有实现逆变桥开关管零电压开通(zero-voltageswitch,ZVS),二次侧整流桥二极管零电流关断(zero-currentswitch,ZCS)的优良特性。文章详细介绍了该新型系统结构的工作原理及特性,并介绍了该两级系统结合后的新特性,并提出了变换器的均流均压控制策略。最后,搭建了一套20 k W,输入电压760 V,输出电压200~500 V的实验装置。通过实验验证了系统结构的可靠性。

井下照明电源的新型单级三相高频隔离AC/DC变换器设计

应用电力电子变压器可以实现煤矿井下660V/127V的电压变换,作为照明电源使用。为了简化电力电子变压器的结构,降低电路损耗,文章介绍了一种新型的单级三相高频隔离的AC/DC变换器及其控制方法———采用一个功率变换级同时完成PWM整流及高频隔离DC/DC变换,并且通过软件仿真验证了该拓扑结构的可行性。最后,在此基础上完成了小功率电路的样机实验及相关结论分析。结果表明,该变换器可以应用于煤矿井下照明电源的设计中。

基于对称控制的三相高频隔离DC-DC变流器

通过对高频隔离三相DC-DC变流器进行建模,控制和设计,并在固定工作频率下进行对称和非对称控制,根据变流器工作过程对它进行稳态分析,并建立了一个DC-DC变流器模型为750 W、5 V/150 A,在不同的条件下进行测试,实验结果表明,提出的三相高频隔离DC-DC变流器可应用在较低的电压转换比、对负载和线路干扰有良好的隔离、调节和快速的动态响应的优点。

适合高输入电压的高频隔离逆变器

不带变压器的逆变器缺少电气隔离,安全程度较低。将高频隔离环节引入多电平逆变器,在具备输出电压质量高、开关管电压应力低等多电平逆变器优点的同时,实现高频电气隔离,提高安全程度,因此适用于较高输入电压的应用场合。对此,文中提出一种高频隔离九电平逆变拓扑,分析该拓扑的工作模态,设计多重载波调制策略,研究直流侧电容电压与母线电流间存在的关系,并据此设计出对电容电压存在相反影响的2种开关序列,给出直流侧电容电压均衡策略。最后,在Power Simulation中搭建仿真模型,并制作1 kVA的实验样机,仿真和实验结果验证了所提新型拓扑、控制方法及均压策略的正确性和可行性。

一种Buck型高频隔离三电平逆变器

针对传统Buck型高频隔离两电平逆变器在高压大功率场合中开关管电压应力大的不足,研究并设计了一种Buck型高频隔离三电平逆变器。该Buck型三电平逆变器电路拓扑具有功率开关管电压应力小,输出交流电压波形质量好,谐波含量少等特点。在提出逆变器拓扑的基础上,对其工作原理进行了详细的叙述,并设计了基于电压瞬时值反馈的闭环控制策略。该控制策略可以很快地响应输入电压与输出电压的变化。最后基于Saber搭建仿真模型仿真验证拓扑的正确性,并在实验室制作了一台1 k W的样机,对理论分析结果进行了实验验证,实验结果验证了该Buck型高频隔离三电平逆变器的正确性和实用性。

基于非对称控制的三相高频隔离DC-DC变流器

为了使高频三相隔离DC-DC变流器适应低电压高功率的电力需求,研究了高频隔离三相DC-DC变流器,它可以应用在较低的电压转换比,对负载和线路干扰有良好的隔离、调节和快速的动态响应。并且对高频隔离三相DC-DC变流器进行了建模、控制和设计,在固定工作频率下变流器进行非对称控制,根据变流器工作过程对变流器进行稳态分析。建立了一个750 W/5V/150A的DC-DC变流器模型,在不同的条件下对模型进行了测试。实验结果表明,所提出的低电压高电流变流器在对称控制下具有很好的应用前景。

矿用高频隔离型变频调速无速度传感器矢量控制

在煤矿中、高压及有限场合,变频器采用工频变压器接入电网且被控电动机大多采用开环控制,存在工作空间狭小、结构复杂和电动机控制鲁棒性差等问题。针对上述问题,提出了一种基于高频隔离型变频调速拓扑结构的无速度传感器矢量控制策略。对矿用高频隔离型变频调速主电路拓扑及功率传输进行了分析:通过不可控整流环节将输入的三相工频交流电源整流为直流电源,将脉动直流电源进行平滑滤波处理,得到稳定的直流电源,经高频隔离DC−DC级进行变压,然后经三相逆变级将直流电源逆变为电压和频率均可调的交流电源。为减少IGBT开关损耗、节约整体成本并减少其整体结构复杂性,三相整流级采用二极管不控整流策略;高频隔离DC−DC级采用等脉宽调制策略(EPWM);三相逆变级采用无速度传感器矢量控制策略,在该控制策略中采用模型自适应系统(MRAS)进行异步电动机速度估测。采用0.75 kW的三相异步电动机作为被测电动机,对矿用高频隔离型变频调速无速度传感器矢量控制策略进行实验验证,结果表明:①高频隔离DC−DC级两侧直流母线电压波动小于10 V且高频方波电压相等,原边单相逆变方波和高频变压器耦合方波电压波形平滑,整体稳态性能好。②三相逆变级电压、电流波形正弦度良好,波形对称且光滑度较好,三相逆变级稳定性能好,满足电动机运行要求。③随时间增加,励磁电流变化较稳定,转矩电流在启动时响应迅速,且启动阶段转矩电流较大,能产生较大的转矩。④电动机速度稳定阶段速度波动小,加、减速阶段波形趋于一次函数,电动机能够平稳启停。电动机在刚启动时最大转矩可达到稳定转矩的5倍以上,能够较快启动进行工作。

基于高频隔离AC/AC变换器的动态电压恢复器

针对电网电压跌落、突升所带来的电能质量问题,提出了一种基于高频隔离AC/AC变换器的动态电压恢复器(DVR)。该恢复器拓扑结构由高频隔离AC/DC变换器和全桥Dual-Buck构成,具有体积小、与电网隔离和无开关管直通问题等特点。详细描述了恢复器的拓扑构成、工作原理、脉宽调制(PWM)策略和双闭环控制策略。搭建了DVR的仿真系统和实验样机,模拟了电压跌落、电压突升等工况。仿真及实验结果表明,所提DVR能够快速且有效地补偿电网电压波动。

新型高频隔离型并网逆变器

提出了一种基于TMS320F2808的高频隔离型并网逆变器的实现方案。介绍了该并网逆变器的结构及原理,给出了基于DSP控制的硬件和软件的总体设计和基于无差拍控制的并网控制策略及移相驱动波形的数字化实现的原理,完成了2 kW的试验样机及相关试验。试验波形和分析证明了该控制策略和方案的有效性。

一种新型单级无电解电容AC-DC高频隔离变换器

针对现有车载式充装置存在的大量电解电容影响变换器使用寿命的现象,提出了一种新型单级AC-DC高频隔离式无电解电容变换器。所提单级拓扑输入端无二极管整流桥,同时直流母线不存在电解电容。所提变换器拓扑单元中的两个全桥单元不仅可以实现功率因数矫正,而且可充当隔离式DC-DC变换器的初级侧电路。该结构可有效降低磁化电流的大小,从而减小变压器体积和减少多余的磁芯损耗。另外,该变换器可实现开关ZVS导通和ZCS关断。最后,通过搭建一台3 kW的实验样机,以验证所提变换器的有效性和可行性。

基于TMS320F2808的高频隔离型并网逆变器研究

提出了一种基于TMS320F2808控制的高频隔离型并网逆变器的实现方案。介绍了该并网逆变器结构及原理,给出了基于DSP控制的硬件和软件的总体设计。基于无差拍控制的并网控制策略和移相驱动波形的数字化实现的原理,完成了1.5 kW的试验样机及相关试验,试验波形和分析证明了该控制策略和方案的有效性。

高频隔离型直流充电机的设计

为了满足电动汽车对充电机大电流输出、高功率密度及高性价比的要求,采用变压器整流和全桥式变换器结构,结合模块化设计思想,设计了一款双机四模块的大电流输出充电机。在试验及实际应用发现,该设计运行可靠,各项指标满足要求,可靠性高、成本低,具有良好的市场应用价值。

高频隔离型AC-DC环节直流侧阻抗建模与稳定分析

为了解决高频隔离型AC-DC环节阻抗建模问题,提出一种电压源型变换器(voltage source converter, VSC)与LLC谐振变换器集成耦合设计成的高频隔离型AC-DC环节(voltage source converter cascade LLC resonant converter,VSC-LLC)直流侧小信号阻抗模型的建模方法,此方法首先结合在近似谐振点工作模式下LLC谐振变换器的恒增益电压钳位功能,实现单级统一控制策略,将VSC与LLC视为一级;在此基础上,结合基波近似法下LLC谐振变换器的4阶小信号模型,建立了VSC-LLC系统小信号模型,进而推导出直流侧阻抗模型,突破双级系统阻抗建模。最后基于Matlab/Simulink搭建VSC-LLC非线性时域仿真系统,仿真结果验证了所提VSC-LLC直流侧阻抗建模方法的正确性,并分析了电路参数和控制器参数对直流侧阻抗的影响,为基于高频隔离型AC-DC环节微电网的阻抗稳定性分析提供了理论基础。

功率单向传输的多绕组共铁芯磁集成高频隔离变换器

针对三相高频隔离中高压变频器如何高效率、高功率密度地实现高频隔离DC-DC变换环节,讨论了一种多绕组共铁芯磁集成高频隔离功率单向传输的DC-DC变换器拓扑。该变换器由多绕组共铁芯磁集成变压器、多个全控H桥逆变器和二极管桥整流器构成,可实现负载不平衡时输出直流电压稳定平衡。在分析该变换器的拓扑结构及其功率特性的基础上给出了更加简单的控制策略。仿真和实验结果验证了所给拓扑和控制策略的正确性。

多谐振控制零电压开关单相高频隔离逆变器

针对双功率方向高频隔离变换器开关电压应力大、难以实现软开关等问题,为了提高输出电能质量,提出一种双向功率流两级高频隔离逆变器的调制及其控制方法,并对其各个工作模态和电路软开关条件进行详细的分析。该逆变器由原边的H桥、高频隔离变压器和位于副边的周波变换器构成,并加入钳位电路消除变压器副边的电压过冲和振荡。设计该逆变器及其配套钳位电路的调制方法,建立其数学模型,并采用多谐振控制器进行输出电压的精确控制。周波变换器和钳位电路均实现了零电压开关,讨论了原边中全桥电路的零电压开关条件。制作了1 kVA的实验样机,分别在电阻负载和整流器负载下进行了实验,测得总谐波畸变率分别为0.544%和3.1%,验证了调制方法和控制策略的有效性。

基于状态空间平均法的DC/DC高频隔离变换器建模仿真分析

利用状态空间平均法对70kW无源缓冲型软开关DC/DC变换器进行建模仿真分析,以获得优良的稳态、瞬态、动态等特性。首先,考虑变压器漏感以及输出滤波电感、电容等效短路电阻,建立变换器等效电路;然后,分析一个周期内关键部件电压、电流理想波形,绘出不同状态下等效电路;其次,描述状态变量方程式,进行平均和线性化处理,获得其在连续工作模式下的小信号传递函数;最后,按照其数学模型组建双闭环控制系统,利用MATLAB软件仿真验证数学模型的合理性。