三重移相控制的DAB变换器多目标统一优化控制策略

针对双有源桥变换器存在电流应力大、全部开关管软开关实现困难以及动态响应慢的问题,提出1种基于三重移相控制的多目标统一优化控制策略。分析三重移相控制正向功率流的全局模式,选出其中3种高效率模式并建立电流应力和软开关解析模型。结合模型,采用成本函数优化方程推导不同模式下的最优移相比组合和最小电流应力,使开关管运行在零电压开关功率约束范围内。同时在效率优化过程中引入虚拟功率分量,构建小信号模型并阐明不同状态变量的小扰动对输出电压的影响较小。实验结果表明,所提控制策略可以在全功率范围内降低双有源桥变换器的电流应力且使所有开关管实现零电压开通,同时还能够提高输出电压的动态性能。

基于双重移相控制的双向全桥DC-DC变换器最小回流功率分段优化控制

双向全桥DC-DC变换器以其重量轻、高功率密度、能量双向流动等优点成为直流微电网中不可或缺的一部分。但双向全桥DC-DC变换器在传统的单重移相控制下存在回流功率和电流应力等问题,尤其当输入电压和输出电压不匹配时,回流功率和电流应力会显著增加。针对输入电压和输出电压不匹配的情况,该文提出了一种双向全桥DC-DC变换器在双重移相下的最小回流功率控制策略。该控制策略通过对回流功率进行分段优化,得到了变换器在不同传输功率范围下的最优移相角。通过将所提控制策略和传统的双重移相控制进行对比分析,发现该文所提控制策略具有更小的回流功率和电流应力,提升了变换器的效率。最后基于所提控制策略搭建了实验样机,实验结果验证了控制策略的正确性和有效性。

基于换相角预测计算的高压直流输电双桥共同换相预判方法

高压直流输电系统交流故障下出现双桥共同换相会增大换相失败的风险,提前判断双桥共同换相的发生有利于及时采取措施避免换相失败。为获取对双桥共同换相进行预判所需的高精度换相角预测计算结果,利用拉格朗日中值定理建立换相角与中值时刻的关系,并构造虚拟换相过程用于确定中值时刻。仿真结果表明,所提换相角预测计算方法具有良好的鲁棒性和精度,用于双桥共同换相预判中能有效预判双桥共同换相的发生。

直流电流传感器高精度校准系统设计

直流电流传感器(DCCT)的测量精度是高精度直流稳流电源输出电流精度的关键影响因素之一。针对DCCT优于1×10^-5的电流测量精度,本文提出了一种通过用高准确度的直流比较仪(DCC)测量电阻原理设计的校准系统,可实现DCCT 0~400 A测量范围内的高精度校准,且在整个校准范围内系统测量的相对不确定度优于1.1 ppm。通过实验测试DCCT的准确度和线性度验证了整个校准系统的精度,为进一步提高磁铁电源的电流精度提供了保障。

全桥双向电流高频链逆变器

提出了一种新颖的全桥双向电流源高频链逆变器的拓扑结构，并详细阐述了工作原理、控制方案和设计方法。２５０ＶＡ／５０Ｈｚ输出、５０ｋＨｚ开关频率的实验结果表明该逆变器具有以下优点：双向功率传输、拓扑结构简单、使用器件少、控制方案简单、效率高、可靠性高以及良好的动态响应。

多桥换流器高压直流输电送端谐波不稳定分析与抑制

针对多桥换流器高压直流输电系统送端换流站不同工况直流偏磁下谐波不稳定问题,基于单桥6脉波换流器的开关函数和调制理论,考虑换流变压器的叠加特性,得到不同工况下多桥换流器数学模型。在此数学模型基础上,分析了谐波在交直流侧的相互调制,推导出了不同工况下多桥换流器的谐波放大倍数及谐波不稳定的定量判据,并且综合分析影响判据的多种因素,提出了通过合理设计交直流系统阻抗以及合理安排系统的运行工况从而提高系统谐波稳定性的有效措施。最后,在PSCAD中构建了多桥换流器高压直流输电系统电磁暂态仿真模型进行验证,仿真结果验证了所述措施的正确性与有效性。

单相串联型直流侧有源电力滤波器

提出了一种单相串联型直流侧有源电力滤波器。与传统的单相有源电力滤波器相比,有源开关的数量减少了一半,简化了电路结构,降低了成本。串联型直流侧有源电力滤波器采用双环控制,电流控制跟踪电源电压变化,电压控制调整有源电力滤波器的能量流向。通过改变有源电力滤波器上储能电容电压极性,实现对电感电流的连续可控,提供负载所需要的谐波电压,使电源电流成为与电源电压同频同相的正弦波,从而实现谐波治理。这种控制方法具有结构简单、补偿效果好等优点。仿真结果验证了所提出理论的正确性。

一种新型模块化多电平换流器

柔性直流输电技术应用于架空线路场合面临的关键问题是如何实现直流线路故障的快速隔离,一般认为采用全桥拓扑的换流器是较好的方案。文中提出一种基于类全桥子模块的新型模块化多电平换流器(SFBSM-MMC),与采用全桥的换流器相比,该新型换流器在同样实现直流线路故障快速隔离的同时,还兼具了经济性。介绍了SFBSM-MMC的拓扑结构、工作模式和直流故障隔离原理,并对其基本控制策略、预充电策略和直流线路故障隔离策略进行了设计,最后通过仿真验证了预充电策略和直流线路故障隔离策略的可行性。仿真结果表明,SFBSM-MMC在快速隔离直流线路故障方面具有优良的性能,适合基于架空线路的柔性直流输电工程应用。

分布式控制同步误差对H桥并联拓扑结构均流特性影响分析

受现有电力电子开关容量限制,大容量直流变换器通常以开关管并联方式扩展装置单机容量。但驱动线路过多会增加装置的故障率和维护难度,装置容量变化时,控制器和驱动电路都要重新设计。针对该问题,提出一种基于分布式控制的H桥并联大容量三电平直流变换器拓扑结构,分析了分布式控制同步误差对H桥并联拓扑结构均流特性的影响。在H桥并联拓扑结构中通过高速光纤环网,实现多个H桥模块的驱动脉冲同步和分布式控制。分析了同步误差和死区宽度对装置稳定运行的影响,分布式控制同步误差和限流电感将决定H桥模块的电流均衡度,给出了H桥模块限流电感设计依据。制作了一台基于H桥模块并联的实验样机,对所述分析进行了验证。

级联H桥型静止同步补偿器控制方法仿真分析

无功功率的传输对电力系统稳定性与安全性会产生不利的影响,传统的无功补偿技术已经不能满足要求。为提高无功补偿性能,在分析级联H桥型静止同步补偿器(STATCOM)的工作原理和拓扑结构的基础上,采用跟踪型脉宽调制(PWM)控制技术的电流直接控制方法,研究了级联H桥型STATCOM的稳态和动态的无功补偿作用。通过MATLAB仿真软件分析,仿真结果验证了控制方法的有效性和级联H桥型STATCOM的无功补偿性能。

一种基于模块化多电平换流器的三极直流输电系统

现有三极直流输电系统基于晶闸管换流器,存在一些与传统直流输电系统相似的固有缺陷。文中提出了一种改进系统:极3采用基于全桥子模块的模块化多电平换流器,极1和极2采用基于钳位双子模块的模块化多电平换流器。同时,提出了三极直流协调控制策略,并且为了抑制过渡阶段的暂态过电压,减小接地电流和功率波动,还提出了电压反向控制、电流维零控制和功率协调控制。采用PSCAD/EMTDC进行仿真验证,结果表明利用所提控制策略,三极直流输电系统能够获得较好的响应特性,在维持电容电压平衡的同时,能够抑制交直流间功率扰动和接地极电流波动。

峰值电流模式控制数字移相全桥变换器的分析与设计

建立了数字控制峰值电流模式下移相全桥变换器的离散域模型,并分析了斜坡补偿、漏感和数字控制延时对数字移相全桥系统稳定性的影响。基于模型,使用直接数字设计方法设计系统的补偿网络,并对比了直接数字设计和改进型数字重设计方法。实验结果表明了所建立的模型和设计方法的正确性。

换流站内的交流系统故障分析及保护动作特性研究

换流站内发生的交流系统故障会对交直流系统产生严重的危害。通过对换流阀换相电压的特性分析指出:站内发生交流接地时会伴随桥臂短路及交流系统复故障的出现;相间故障则表现为不平衡换相。通过接地故障发生后换流阀的电流时间函数来说明故障电流呈现交流多相短路的特征。通过故障等效交流电路来研究交直流保护特性,并得出结论:对于接地故障,电流互感器(current transformer,CT)安装在不同位置时,阀短路保护、桥差保护均能正确动作;但发生相间故障时,却会造成某些工况下保护不能动作;在连接高端阀的交流系统接地时交流保护的距离元件有时会有超越现象。最后提出采用零序补偿分量的方法来提高启动元件的性能。CIGRE高压直流(high voltage direct current,HVDC)模型验证了分析结论。

高压直流输电模块化多电平换流器拓扑研究

基于VSC(Voltage Source Converter)的高压直流输电为解决大规模清洁能源并网等问题提供了新方法,现已投运的VSC-HVDC工程无法有效处理直流故障。阐述传统H-MMC拓扑无法快速有效阻断直流侧故障电流的原因,重点对比分析目前已提出的3类具备直流侧故障切除的改进型换流器拓扑结构的共性与不同点,研究其清除直流侧故障的机理。通过PSCAD/EMTDC软件对不同拓扑组成的换流器进行仿真分析,验证了提出的换流器阻断直流侧故障电流的机理,改进型拓扑组成的换流器具有较好的应用前景。

提高直流输电换相能力的强迫换相拓扑结构研究

针对传统高压直流输电逆变侧易发生换相失败的问题,提出了一种新型强迫换相桥路拓扑,该拓扑的阀臂采用了两组串联晶闸管通过电容器并联结构。基于该拓扑结构,给出了3种工作状态及相互切换模式,设计了电容电压控制策略,并通过理论计算得到了电容预充电压的最优值。最后,在PSCAD/EMTDC仿真环境下搭建了所提出的新型桥路模型,进行正常及故障情况下的仿真,验证了电容电压控制策略的正确性,且与传统HVDC相比,新桥路能防御交流系统大部分单相故障,对三相故障也有很好的防御效果,有效地降低了换相失败发生的概率。所提出的拓扑结构可以有效提高HVDC对换相失败的抵御能力,改善系统的故障恢复特性。

一种SPWM控制双Buck半桥逆变器研究

在分析了有关双Buck半桥逆变器的控制方法基础上,结合自己对此电路的研究,并采用了根据电感电流方向正弦脉宽调制(SPWM)控制方法应用于双Buck半桥逆变器。给出了此种控制方法的双Buck半桥逆变器工作的原理,分析了其工作过程,并给出仿真和实验结果。仿真和实验结果验证了控制方法的正确性。

直流侧低频电流纹波优化单相全桥逆变器设计

为了优化单相全桥逆变器的直流链路上的电流纹波,设计了一种增强型的单相全桥逆变器及其控制策略,可有效降低直流链路电流纹波,并同时在交流输出端提供了优质的正弦电能。加强型全桥逆变器增设了一对额外的开关,通过设计互补控制方案,可防止双倍频纹波电流流入逆变器的输入端,直流输入侧仅需提供输出功率的直流分量。最后,试验结果验证了所设计的增强型单相全桥逆变器的效果。

基于工程设计法的双向直流变换装置的设计

研究了某大功率双向Buck-Boost直流变换装置,构建了基于电流模式闭环控制的仿真程序,并基于半桥电力电子器件搭建了试验样机。将工程设计法引入该双向直流变换装置调节器的设计中,给出了详细的设计过程。该方法简化了闭环系统的设计,满足工程的需要。利用仿真程序和试验样机对双向直流变换装置的输出特性分别进行了验证,试验与仿真结果一致,并且符合设计要求,证明该设计方法合理有效。

直流电场诱导神经干细胞桥接横断脊髓的实验研究

目的:探讨直流电场(direct current field,DC)诱导神经干细胞(neural stem cells,NSCs)桥接横断脊髓的作用。方法:将54只雌性成年SD大鼠随机分为脊髓损伤(spinal cord injury,SCI)组、NSCs移植组、NSCs移植联合直流电场诱导组(DC+NSCs组),各组分7,14,28d三个时间点取材,HE染色观察神经纤维再生情况,透射电镜下观察脊髓白质内髓鞘结构变化,免疫荧光染色检测髓磷脂碱性蛋白(myelin basic protein,MBP)表达变化。结果:在光镜下,DC+NSCs组神经纤维较其他两组都多,排布均匀且走行较规则,部分纤维穿越损伤脊髓断端两侧。在电镜下,DC+NSCs组髓鞘松散程度明显减轻,部分髓鞘结构规整,排列有序,线粒体肿胀减轻,微管空泡样变较轻,可发现大量突触,薄髓的再生髓鞘明显增多。DC+NSCs组大鼠脊髓组织中可见直径大小不等的MBP阳性的圆形结构,MBP阳性表达最多,较其他两组有显著性差异(P<0.01)。结论:直流电场诱导NSCs治疗SCI可以促进损伤处脱髓的轴突再髓鞘化和MBP的表达,促进神经纤维再生,从而起到桥接横断脊髓的作用。

基于三线双极结构的扩展式多端直流系统建模与特性分析

为更大程度地提升电网输电能力,缓解潮流拥塞问题,提出了将现有交流线路改造成多端直流系统的想法。通过对三极直流系统的分析,指出了其对多端直流系统的不适用性,进而提出了一种采用三线双极结构的扩展式多端直流系统。首先对扩展式多端直流系统的结构进行了描述,然后针对三线双极结构的运行原理、扩容机理和其核心设备——电流调节控制器的运行特性和可行拓扑结构进行了阐述和分析。最后,通过PSCAD/EMTDC下的仿真分析,验证了三线双极结构在多端直流系统应用中的可行性及相应控制策略的有效性。同时,仿真结果还确立了全桥模块化多电平换流器作为电流调节控制器的可行性。