一种新型DC/AC变换器拓扑及控制策略研究

介绍了一种新型可升压的DC/AC变换器拓扑及其工作原理。从闭环控制和开环控制的角度,对新型DC/AC变换器适用算法进行了研究,借助于PSIM仿真软件,对采用滞环跟踪控制、PD控制和PI控制的效果进行了比较,列出了仿真参数,给出了负载电压,以及调制给定电压和变换器输出电压的仿真结果。仿真结果表明新型DC/AC变换器可以实现宽输入电压范围工频逆变输出,证明了理论分析的正确性。

一种新型组合式DC/AC变换器

为了克服传统DC/AC变换器不能实现软开关控制或者需要使用高频变压器的缺点,介绍一种新型组合式DC/AC变换器拓扑,并介绍其工作原理。从系统控制的角度,对新型DC/AC变换器进行研究,借助于PSIM仿真软件,比较不同信号频率和不同输入电压的设计效果,列出仿真参数,给出负载电压以及调制给定电压和变换器输出电压的仿真结果。工频实验结果表明新型DC/AC变换器可以实现高频功率变换下交流逆变输出,证明理论分析的正确性。

一种优化同步整流AC/DC变换器的应用研究

同步整流的零电流开关、零电压开关是高效率开关电源的研究热点,首先对反激拓扑的零电流开关同步整流原理进行了分析,说明了真值零电流检测与实现零电流开关同步整流的关系,再应用理论计算,推导出优化的效率,最后利用NCP4303说明其控制实现,并进行了电路的验证。

海上风电场交流集电和多端柔直输电并网系统多目标优化规划

集电和输电并网系统的优化规划对海上风电场(offshore wind farm,OWF)的投资经济性和运行可靠性有着重要影响。对于OWF中交流集电和多端柔直输电的并网方式,建立了拓扑与潮流耦合的兼顾经济性和可靠性的多目标优化规划模型。模型中利用拓扑冗余度直接近似计算风机停运损失电量,并考虑了新型双边环形的交流集电系统拓扑结构和基于连通性约束的多端柔直输电系统拓扑结构,实现了对集电和输电系统拓扑连接,交流和直流海底电缆类型,海上升压换流站数量、容量、位置,和连接到海上升压换流站馈线数量的协调优化规划。并且,提出了一种直接求解多目标优化问题折中最优解的方法,通过凸化处理将原混合整数非线性规划模型转化为混合整数凸二次规划模型,以高效求解获得最优规划方案。最后,对2个分别含36台和78台风机的实际OWF算例进行分析,验证了所提出模型和方法的正确有效性。

交直流电力系统与供热系统联合经济调度

随着热电联产等技术的广泛应用,电力系统和供热系统耦合日益紧密,电热联合调度得到了广泛的关注,但现有电热联合调度忽略了热网供电来源的多样性,由此提出了交直流电力系统与供热系统联合经济调度方法。首先,建立交直流电力系统模型,并提出一种线性近似方法对电压源变换器模型所带来的强非线性进行处理;然后,以运行成本最低为目标,建立考虑热网热惯性的交直流电力系统与供热系统联合调度模型,该模型中供热系统通过热电联产机组和交流电锅炉与交流电网耦合,通过直流电锅炉与直流电网耦合;最后,通过算例仿真验证了所提方法的有效性并说明了在电热联合调度中考虑交直流电源的必要性。

基于虚拟能量调节偏差的MMC-HVDC输电线路保护方案

柔性直流输电对继电保护的速动性及可靠性提出了更高的要求。为实现直流故障的快速可靠识别,文中分析了模块化多电平换流器(MMC)的控制参数在系统发生故障时的响应特性,并提出了一种MMC型高压直流输电线路保护新方案。根据MMC控制参数定义了虚拟能量调节偏差,利用虚拟能量调节偏差对系统故障时的响应特性识别直流线路故障,并结合虚拟能量调节偏差的比值进行故障类型的判别。该保护方案融合了交直流侧的故障信息,提高了保护的可靠性,保护判据利用了换流器控制参数信息,无须测量线路的电气量。仿真结果表明,所提保护方案可以快速准确动作且具有较强的耐过渡电阻能力。

Recent developments in HVDC transmission systems to support renewable energy integration

The demands for massive renewable energy integration, passive network power supply, and global energy interconnection have all gradually increased, posing new challenges for high voltage direct current(HVDC) power transmission systems, including more complex topology and increased diversity of bipolar HVDC transmission. This study proposes that these two factors have led to new requirements for HVDC control strategies. Moreover, due to the diverse applications of HVDC transmission technology, each station in the system has different requirements. Furthermore, the topology of the AC-DC converter is being continuously developed, revealing a trend towards hybrid converter stations.

磁集成三端口电力电子变压器的改进控制方法

针对现有多端口电力电子变压器磁性元件体积大、功率变换单元多、成本高的问题,提出基于磁集成的三端口拓扑及控制策略。将传统拓扑的6个桥臂电感和大量的高频变压器集成为3个集成变压器,从而减小磁性元件体积。在变压器副边绕组接1个三相桥即可构建低压直流端口,极大地减少功率变换单元数目。利用桥臂电压的直流、工频和高频分量分别控制中压直流、中压交流和低压直流端口功率,实现多端口功率调控。为提高中压直流端口电能质量,将桥臂电压的高频分量设计为三相对称的六阶梯波,使其激发的电流分量在三相回路中相互抵消,从而实现中压直流端口高频电流纹波消除。最后,建立了4 MW仿真模型进行验证,结果证明了所提拓扑和控制策略的有效性。

基于新型半导体的微型逆变器拓扑结构及应用

微型逆变器具备最大功率点跟踪(MPPT)控制能力,展现出更高的灵活性和稳定性,能够有效解决发电组件不平衡和不匹配问题,从而提升系统整体发电效率。总结了近期微型逆变器拓扑结构研究,并探讨了其在光伏发电等领域的应用。将微型逆变器的拓扑结构分为单级拓扑结构、直流电-直流电-交流电(DC-DC-AC)多级拓扑结构和DC-AC-AC多级拓扑结构,并对各种拓扑结构的优缺点以及对发电效率和安全性的影响进行了分析。其中,单级拓扑结构具有较高的转换效率,但结构紧凑、改进难度较高;DC-AC-AC多级拓扑结构成本较高,相关研究较少;DC-DC-AC多级拓扑结构控制简单、结构清晰易改进,是当前研究热点和微型逆变器未来发展的方向。作为能源电力和电机控制等领域的核心部件,微型逆变器具有巨大的发展潜力。随着新材料和技术的进步,微型逆变器在单机功率转换效率和控制方法方面将取得更大突破,从而进一步提升光伏发电系统的安全性和效率。

交直流混合微电网拓扑与基本控制策略综述

交直流混合微电网综合了交流微电网和直流微电网的优点,是未来智能微电网的可能发展方向之一。从交直流混合微电网典型拓扑分析、控制方式间的切换、互联变流器的控制等三方面对国内外的最新进展进行了介绍,并重点对典型拓扑的组网特点、适用性和优缺点,主从控制、对等控制和分层控制等不同控制方式下交直流微电网间的切换策略,互联变流器的传统控制方法与"网–网"新型控制方法等进行评述,最后给出了未来交直流混合微电网在微电网群之间的互联控制技术、并/离网切换技术以及互联变流器电路结构设计、容量选取和最优控制策略设计等的研究方向。

交直流复合电场中油纸绝缘沿面放电现象及特征

油纸绝缘沿面放电是换流变压器中常见的一种故障类型,了解换流变压器内沿面放电现象及特征对实现设备故障诊断具有重要意义,不过由于换流变压器内主要为交直流复合电场,放电现象与交流单独作用时有明显区别,所以诊断判据应不同,但是目前缺少换流变压器的诊断依据,因此为了得到换流变压器沿面放电的诊断依据,搭建了一套交直流复合电压作用下油纸绝缘沿面放电检测平台,观察了交直流复合电压作用下油纸绝缘沿面放电现象,统计了局部放电和油中溶解气体特征变化规律,根据放电特征和油中溶解气体产物将放电严重程度进行分级,为换流变压器诊断提供判据。结合交直流复合电压作用时沿面局部放电及产气特征可以为换流变压器故障严重程度提供判定依据。

交直流复合电压下变压器油中电弧放电及产气特性

换流变压器是直流输电工程重要设备之一,其阀侧绕组承受的电压较为复杂,包括直流、交流、交直流叠加以及极性反转等多种电压形式。因此在构建交直流复合电压系统的基础上,采用典型针板电极模型,对变压器油在交流、直流和交直流复合电压条件下的电弧放电和产气特性进行研究。试验表明变压器油在交直流复合电场和直流电场下的绝缘性能较交流电压下差。交直流复合电压下油隙的击穿电压与其纹波因数有关,纹波因数越小击穿电压越低。引入小桥理论的极化过程很好地解释了这一物理现象。同时,不同类型的电压作用下放电产生的油中溶解气体体积分数(每种气体与总气体的体积比)一致,说明判断交流变压器的改良三比值法故障类型判断方法对交直流叠加电压和直流电压下的电弧放电故障仍然适用。但是由于直流和含有直流分量的电压更容易产生油中放电,换流变压器的油中溶解气体体积分数(换算后每升油中所溶解气体的体积)的注意值和气体增长率注意值应有别于传统交流变压器。

矩阵式交-交变换器及其控制

讨论了矩阵式交交变换器（ＭＣ）的主电路和控制系统。主电路采用反向串联的双向ＩＧＢＴ开关，用可编程逻辑元件实现四步切换，以保证安全换流。在输入相电流空间矢量调制和输出线电压空间矢量调制的基础上，根据开关函数的瞬时对应关系及其限定条件，综合出ＭＣ的ＰＷＭ控制策略。最后，给出了仿真与实验波形。

基于Z型变压器的交直流混合配电网仿真分析

随着智能电网的快速发展,分布式新能源配电网接入是未来发展的必然趋势。文中提出一种包含Z型变压器和升压斩波电路的新型单导线交直流混合配电网拓扑,以融合交流配电网与直流配电网的优势。Z型变压器因同一相的电压相互抵消而无明显的铁芯饱和现象,可用于实现交流和直流功率的耦合与解耦。升压斩波电路用于实现直流功率的流动,并维持各节点的电压等级。建立了分布式新能源配电网接入新型拓扑的仿真模型,验证了该新型拓扑的可行性。

交直流复合电压下老化油纸绝缘针板模型局部放电特性

为研究换流变压器阀侧实际运行老化的油纸绝缘局部放电特性,提高交直流复合电压下油纸绝缘局部放电研究的工程实际意义,取运行5 a的换流变油纸样本,建立典型针板电极油纸绝缘缺陷模型,对交直流复合电压下老化油纸绝缘局部放电从起始阶段到击穿的整个过程进行了实验模拟并记录放电时域信号。随着局部放电发展,放电幅值逐渐提高,出现放电的相位分布扩大,相应相位出现的放电次数增加,当临近击穿时,负周期放电量超正周期数倍。基于时域放电信号建立了多个放电周期的H_(umax)(φ)、H_(umean)(φ)、H_n(φ)和H_n(u)等PRPD谱图。分析谱图特性,并计算各个谱图的偏度(Sk)等统计参量因子,基于自适应阈值模糊聚类分析方法,将统计参量因子分为10类,分类之后可看出一定的时间延续性。结合分类结果和局部放电发展的不同时刻的信息,将放电模型的发展过程划分为初始放电阶段、放电发展阶段、放电稳定阶段和预击穿阶段。划分结果可为交直流复合电压下油纸绝缘局部放电在线监测和模式识别提供参考。

具有交流源完全阻断能力的混合式MMC拓扑

在具有直流故障清除能力的多种模块化多电平换流器(MMC)子模块中,箝位双子模块投资成本和附加损耗最低,但是交流源阻断能力相对较弱;串联双子模块和增强自阻型子模块交流源阻断能力足够强,但是投资成本和附加损耗较大。结合不同类型子模块所具备的不同优势,设计了一种混合式MMC拓扑结构。以闭锁后交流源完全阻断为约束,以投资成本、附加损耗最低为目标,提出了子模块数量的混合配置原则。基于MATLAB/Simulink仿真平台搭建相应的基于不同子模块的柔性直流系统模型,通过大量的仿真测试验证了理论分析的正确性以及所设计的混合式MMC拓扑的可行性。

具备直流故障清除和自均压能力的MMC移位全桥子模块拓扑

模块化多电平换流器(MMC)可通过改进子模块拓扑实现对直流故障电流的清除,但大多数子模块不具备电容电压自均衡能力。在全桥子模块的基础上,推导了一种兼具故障电流自清除能力和模块电容电压自均衡能力的新型子模块:移位全桥子模块(OCFBSM)。该子模块由2个全桥子模块通过移位组合构成,正常工作时根据2个电容的连接关系运行在旁路、串联和并联3种状态,可不依赖于外加均压控制自动实现模块内电容电压均衡。发生直流短路故障时,OCFBSM通过将2个电容反向接入故障回路可自动清除直流故障电流。基于MATLAB/Simulink的仿真结果验证了OCFBSM在直流故障电流清除和自均压方面的有效性,且故障闭锁后各子模块电容电压均衡,有利于MMC重启。

一种带耦合电感和充电泵的单级式高增益光伏微逆变器拓扑

传统的双级式微逆变器通常由一级具有最大功率点跟踪功能的高增益DC-DC变换器和一级全桥逆变器串级组成。单级式微逆变器可以在一级功率拓扑中实现上述功能,因而具有结构简单、器件少的优势。然而,单级式拓扑在高增益升压、功率解耦方面给设计工作带来了挑战。提出一种带耦合电感和充电泵的单级式高增益微逆变器拓扑,引入耦合电感和充电泵实现高电压增益;利用Boost变换器与全桥逆变器共用开关管实现单级式拓扑;同时保留了高压直流母线,从而可以减小解耦电容容值。仿真和实验结果验证了该拓扑具有较高的电压增益、较小的解耦电容、高质量的正弦输出、以及较高的变换效率。