双路电源的主动均流电路系统研究

广泛使用的低成本电源管理芯片或直流电源模块通常并未集成输出均流控制功能,因此不能直接并联输出使用。而使用特殊的电源管理芯片或是额外的均流控制电路会提高电源电路的复杂程度,造成电路成本的提高。针对此应用场景,提出了一种具有主动均流功能的双路电源开关,作为负载开关或电源多路复用器应用于电路之中,利用开关电流的方法均分输出电流,在几乎不增加电路成本的同时对两路电源进行均流。阐述了所提双路电源开关的工作原理与参数设计方法,并通过仿真与实验证明了所提方法的正确性与可行性。

串并联型海上风电场机组均压控制

针对串联型风机簇产生弃风的问题,在直流侧添加基于超级电容的储能单元,并在串联簇中设置一台参考机组,通过控制双向DC/DC变换器的吸收、释放电能,使同串联簇中除参考机组之外的其他机组向直流汇集母线上输出的功率相同,使直流风机风电功率和风机出口电压一致,实现基于超级电容储能的直流机组的均压控制,以此减少直流风机串联簇各机组间的风电功率差,降低弃风率。针对传统两相DC/DC变换器电感电流纹波大,两相电流不均衡等问题,采用了一种移相均流控制策略。最后,在Matlab/Simulink搭建了仿真模型,仿真结果验证了所提出的策略的有效性。

一种优化开关磁阻电机换相区控制策略的高效率转矩分配函数

转矩分配函数被广泛应用于抑制开关磁阻电机的转矩脉动。然而,输入相转矩跟踪不足或者输出相产生较大的负转矩这两种情况通常会导致电机的转矩脉动难以得到有效抑制,并降低电机的运行效率。因此,为了能够有效降低电机的转矩脉动并提高电机的效率,提出了一种新型的转矩分配函数控制策略。在提出的转矩分配函数控制策略中,电机的换相区域分为两个区域。在前一区域中,通过降低输入相转矩分配的比例,可以实现输入相实际转矩快速跟踪参考转矩,电机的转矩脉动有效降低。同时由于在输入相电感变化率较低时减少输入相分配的转矩,从而输入相的峰值电流随之降低,电机的转矩电流比提高。在后一区域中,将输出相的电流在转子对齐位置附近处减小到0,以避免产生较大的负转矩。因此,在所提出的方案下,电机的转矩脉动得到有效抑制,电机的效率也得到了提高。为了验证该方法的有效性,在一台12/8三相开关磁阻电机上进行了仿真和实验。结果表明,所提出的转矩分配函数控制策略能有效降低开关磁阻电机转矩脉动,也能有效地提高开关磁阻电机的运行效率。

基于自适应虚拟电阻的低压微电网有功均分下垂控制策略

由于低压微电网中各分布式电源的线路阻抗不匹配,传统的下垂控制策略难以按照下垂系数合理分配有功功率。为此,提出一种无需通信的自适应虚拟电阻下垂控制方法。通过将微电网中每个分布式发电机(DG)单元输出的有功功率和电压传送给自适应虚拟电阻控制器中,在保证电压和频率稳定控制的前提下实现功率按逆变器容量比例进行精确分配。论文对改进方法的微电网逆变器进行小信号稳定性分析,以优化控制器有关控制参数。仿真和实验结果验证了所提控制方法的有效性。

IGBT并联应用均流控制技术综述

绝缘栅双极型晶体管IGBT(insulated-gate bipolar transistor)在现代电力电子技术中应用广泛,在某些单个器件性能达不到设计要求的工作场合,IGBT的并联使用成为一种经济可行的方法。多模块IGBT并联应用可以简化电路结构,增大变流器输出功率,提高装置功率密度。IGBT并联应用过程中,器件本体的动、静态特性及结温的差异,驱动电路结构及功率回路不对称性,伴随IGBT长期使用出现的老化或失效等问题,都会引起并联IGBT支路电流的不均衡,影响系统的可靠性和稳定性。对国内外IGBT并联应用所关注的研究热点进行了调研分析,总结了IGBT并联动、静态电流不均衡产生的原理及影响,分析了电流均衡控制原理的差异。从功率回路均流控制和驱动回路均流控制两个方面,对IGBT并联应用均流控制的工作特性进行了分析总结和技术对比,并对IGBT并联均流技术的发展方向进行了展望。

基于扩张状态观测器的并联直流变换器增强控制策略

为进一步改善并联直流变换器在多种内外部扰动下的动态性能,提出一种基于双闭环扩张状态观测器(ESO)的增强控制策略。该策略将比例调节器与ESO相结合,然后分别应用于公共电压外环和各个电流内环,实现各功率单元的动态均流,也强化对输入电压扰动的抑制能力,且无需额外传感器。首先,根据并联变换器的状态方程,推导内环电流ESO控制的表达式。然后,根据电流闭环极点的分布情况,从理论上分析ESO型电流内环在输入电压扰动抑制方面强于比例积分型电流内环的原因。此外,借助伯德图,给出ESO型电流内环对电感失配的鲁棒性更强并能有效消除动态电流偏差的理论依据。最后,使用三相buck变换器进行不同方案的对比验证,实验结果证明了所提策略在改进动态性能方面的有效性和先进性。

基于改进型转矩分配函数的开关磁阻电机转矩与峰值电流优化研究

开关磁阻电机(SRM)使用传统的转矩分配函数控制时由于转矩分配函数的开关角度恒定,使其在换相阶段出现较为明显的转矩脉动和较高的峰值电流现象。针对这一现象,提出实时调节开关角度的指数型转矩分配函数的控制方法来降低转矩脉动与相峰值电流。与传统的转矩分配控制进行比较分析,所提算法能够在不同电机转速下抑制转矩脉动和降低SRM定子绕组换相峰值电流,在中低速情况下,实时优化转矩分配函数开关角与重叠角,提高了SRM的运行效率。以一台2.2 kW的12/8开关磁阻电机作为控制对象,建立控制系统仿真模型,通过仿真和实验验证了所提算法的有效性。

舰船脉冲功率负载Buck变换器自适应阻尼比控制方法

针对脉冲功率负载的周期性功率突变造成接口变换器输出电压瞬时跌落和持续扰动的问题,提出一种Buck变换器的自适应阻尼比控制方法,使得输出电压的响应性能能够直接通过阻尼比实现精确调节,不依赖于控制参数,且对输入电压扰动具有抑制作用。该方法通过引入类电压环消除了时变的输入和占空比的非线性饱和,建立输出电压与其参考值的单输入单输出二阶系统,将不确定负载扰动的控制问题转化为二阶系统的阻尼比控制问题。此外,在不影响电压调节性能的前提下,通过附加占空比调节实现并联变换器供电结构的均流控制。仿真和硬件在环实验结果表明,在脉冲功率负载的不同暂态过程,并联变换器均能够实现快速平滑的电压调节和输出电流均衡。

基于相间有源阻抗平衡单元的多相交错并联LLC谐振变换器均流策略研究

文中提出一种基于相间有源阻抗平衡单元的新型多相交错并联LLC谐振变换器均流拓扑。通过在相间构建有源阻抗平衡单元匹配相邻相的阻抗网络,从而平衡相邻相谐振元件因参数容差造成的输出电流不均衡。得益于相间有源阻抗平衡单元仅在相邻相之间传递部分能量,其增加的损耗较小。比较几种可能的相间有源阻抗平衡单元结构,并提出一种以开关电感作为有源阻抗平衡单元的均流拓扑。详细分析所述方案的均流机理和设计过程,并对其控制策略和多相拓展进行探讨。最后,通过搭建一台12 V/40 A的两相交错并联LLC谐振变换器样机,验证所述均流方案的可行性。

有限双极性软开关焊接电源仿真研究

有限双极性全桥软开关克服了移相全桥软开关过程中的占空比丢失和软开关负载范围小等问题,减小了全桥逆变电路的开关损耗,而焊接过程中的电弧负载存在空载状态,有限双极性全桥软开关空载时难以实现零电压开关。ISOP拓扑结构能够降低开关管的压降,从而选取低耐压的开关管,进一步降低电路的损耗。基于有限双极性控制策略,选取ISOP拓扑结构,采用倍流整流电路以实现全负载范围内的软开关,通过PSpice仿真软件对该电路软开关情况以及超前臂关断损耗进行仿真研究,为实际电路提供研究依据。搭建的焊接电源在全负载范围内实现软开关,同时对比了电源在硬开关和软开关工作情况下的温升情况,空载情况下硬开关温升较小,重载情况下软开关温升较小。

变电站大功率并联直流蓄电池组主动均流仿真研究

针对变电站大功率并联直流系统方案及均流技术方案进行研究,选出最适用于变电站的并联型直流供电系统方案,然后分析在并联直流系统下的均流技术和均流控制,提出一种改进的平均电流法,最后通过MATLAB/Simulink搭建电路仿真模型及控制回路仿真模型,完成系统方案及均流方案的设计与仿真。仿真结果表明,混合型并联方案可靠性高、充放电效率高且具有冗余度,所以选择混合型并联方案作为并联型直流供电系统方案;改良的均流系统的闭环控制满足控制回路的稳定性要求,能快速响应均流要求,具有相当高的抗干扰能力,且改良的平均电流法均流精度高、可靠性好。

基于自适应虚拟阻抗的多并联构网型变流器无功功率分配策略

由于变流器出口线路阻抗的不匹配,采用传统下垂控制策略的多并联构网型变流器难以实现无功功率的精确分配。为了提高无功功率分配精度,文中分析了并联变流器的功率分配机理,提出了一种将变流器的无功功率分配误差和输出电压相结合的自适应虚拟阻抗设计方法。基于该方法的无功功率分配策略在实际线路阻抗未知且分布式单元之间无互联通信的工况下,可实现无功功率高精度分配。该策略还可以改善引入虚拟阻抗存在的无功功率分配精度与输出电压跌落之间的矛盾,抑制变流器间的环流。此外,对变流器进行小信号稳定性分析以合理设计控制参数。硬件在环仿真的结果验证了所提控制策略的有效性。

基于空间布局和杂散电感优化的直流断路器并联IGBT动态均流法

与压接式绝缘栅双极型晶体管(IGBT)相比,模块式IGBT具有成本低、不需要单独压装结构、安装方便、故障后呈开路等特点,是750 V/1500 V混合式直流断路器中的核心元件。然而,受限于单个模块式IGBT器件的标称开断能力,多个模块式IGBT的并联均流技术是实现10 kA级直流开断的关键。文中从理论上分析了IGBT器件、缓冲电路和快速真空开关的空间排布位置对换流速度、动态均流、关断过电压等性能的影响。分析表明,从减少换流难度角度考虑,快速真空开关应与IGBT就近并联;从降低关断过电压角度考虑,各并联IGBT应采用分布式缓冲电路结构。进一步,考虑空间磁场耦合作用,建立了并联IGBT的动态开断电路模型,分析了并联IGBT动态开断性能的影响因素,发现增大子模块支路杂散电感、降低避雷器残压可有效提高并联IGBT的动态均流性能;子模块间负耦合电感可有效抑制IGBT关断过电压。最后,为兼顾换流速度、动态均流、关断过电压抑制等,提出了缓冲电路、IGBT、快速真空开关就近并联构成子模块,子模块再经电感并联的混合式直流断路器拓扑方案,并进行了仿真验证和1.5 kV/3 kA试验验证。

压接型IGBT芯片的参数分散性对其并联时关断均流的影响

压接型绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)的多芯片并联关断期间会出现严重的不均流现象,直接影响到器件的关断可靠性。文中重点研究压接型IGBT芯片参数对其并联时关断均流的影响,首先,根据IGBT单芯片的关断机理和波形,分析芯片参数对IGBT单芯片关断各个阶段内集电极电流变化的影响规律;其次,定义多芯片并联关断波形中出现的第一类及第二类电流竞争峰谷,建立针对第一类电流竞争峰谷的随机分布模型,获得芯片参数以及并联数目对关断均流的影响规律,通过并联双芯片的双脉冲实验,验证所得规律的有效性;最后,结合分析结果提出阈值电压与饱和压降的相互补偿以及保持阈值电压差与跨导差异号等芯片筛选建议。研究成果可以为并联压接型IGBT芯片的参数筛选工作提供指导。

航天器大功率直流电源数字均流方法

针对航天器大功率直流电源系统电源模块的均流问题,提出了直流电源系统数字均流方法;该方法以供配电主控软件为均流核心,将各直流电源模块进行并联输出,通过以太网与各直流电源模块进行数据交互,采集各直流电源输出电流,通过均流算法调节直流电源输出电压,以达到电源均流的目的,此方法在现有直流电源的基础上,设计了大功率直流电源并联硬件电路,包含输入控制单元、远端补偿电路和输出控制单元,软件上设计供配电主控软件,包含均流控制功能、供配电流程功能和电源模块监控功能;通过实际硬件环境试验表明,该方法均流精度高、响应速度快、故障控制能力强,在航天电源领域具备较高的实用价值。

IPOP型双有源桥变换器均流控制方法研究

为提高双有源全桥变换器的功率容量,各种模块化组合方式被相继提出。基于输入并联输出并联的模块化组合方式,首先建立了变换器的降阶小信号模型,然后分析了变换器相与相间的均流原理并给出了变换器的相固有参数估算方法和并联均流控制策略,最后基于仿真模型对所提出的控制方法的合理性和正确性进行了验证。

可控电流源型换流器IGCT串联均压技术

高压大功率逆阻型集成门极换流晶闸管(integrated gate commutation thyristor,IGCT)串联是可控电流源型换流器的关键技术之一,主要面临开通和关断不一致将会引起击穿的问题,目前尚缺乏深入研究和实验测试。该文首先分析可控电流源型换流器均压问题产生的原因,提出串联器件均压电路。接着,对开通不一致影响因素进行分析,给出IGCT使用电压和保护电压的配合关系,以确保开通过程器件安全。然后,对IGCT的自然和主动关断2种特殊关断过程影响因素进行分析,给出缓冲电路参数选择方法。最后,研制8级串联的IGCT模块样机,搭建实验平台进行测试。结果表明,所提方法能够有效抑制IGCT关断电压过冲,均压不一致性控制在8%以内。

Current Sharing Temperature Test and Simulation with GANDALF Code for ITER PF2 Conductor Sample

Cable-in-conduit conductor （CICC） conductor sample of the PF2 coil for ITER was tested in the SULTAN facility. According to the test results, the CICC conductor sample exhibited a stable performance regarding the current sharing temperature. Under the typical operational conditions of a current of 45 kA, a magnetic field of 4 T and a temperature of 5 K for PF2, the test result for the conductor current sharing temperature is 6.71 K, with a temperature margin of 1.71 K. For a comparison thermal-hydraulic analysis of the PF2 conductor was carried out using GANDALF code in a 1-D model, and the result is consistent with the test one.

Current Sharing Analysis of Arm Prototype for ITER PF Converter Bridge

A bridge arm prototype of ITER poloidal field （PF） converter modules has been designed and fabricated. Non-cophase counter parallel connection is chosen as the arm structure of the prototype. Among all factors affecting current sharing, arm structure is the main one. During the design of the arm prototype, a novel method based on inductance matrixes is employed to improve the current sharing of the bridge arm. The test results on the prototype show that the current sharing performance of the arm prototype is much better than relevant design requirement, and that the matrix method is very effective to analyze and solve the current sharing problems of thyristor converters.