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。

TAB变换器高频链交流电流峰值与有效值统一求解模型

三端口隔离DC-DC变换器(triple active bridge,TAB)作为新能源接入的一种积极探索与尝试,在分布式光伏接入、新能源汽车以及多电压等级直流用电需求等领域得到了广泛关注。由于开关管数量增多,TAB移相角及占空比的组合方式较双有源桥DC-DC变换器出现了成倍增加的现象,现有的分段线性计算方法在计算TAB高频链交流电流时呈现出更大的计算难度和计算复杂性。TAB的高频链电流计算是变换器电流应力、有效值等多个优化目标的首要求解步骤,为后续的优化运行提供基础。基于此,文中提出一种简易的TAB高频链交流电流统一求解模型,可以同时得到所有占空比及移相角组合方式下的交流电流极点值。根据所推导的交流电流极点值统一公式,给出TAB各端口高频链交流电流峰值及有效值的计算方法。最后搭建实验平台,验证该方法的可行性与有效性。

组合整流式高频环节逆变器

根据并网逆变器轻型化和需要电气隔离的要求,提出一种组合整流式高频环节逆变器。给出了该逆变器各开关器件控制信号产生的方式和逆变器主要的波形。分析了电路的工作模态。根据对变压器输入电压和逆变器输出电压波形的傅里叶分解,指出逆变器工作于高频状态,而逆变器输出电压可以采用LC滤波器得到正弦电压。比较了组合整流式逆变器和单极性高频脉冲交流环节逆变器,得出各自的优缺点。实验结果表明了所提逆变器具有优良的性能,适用于并网逆变器。

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。

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。

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。

高频链式矩阵变换器的最小功率回流控制

隔离型DC/AC矩阵变换器由于减少了变换器的中间级,具有较高的功率密度以及效率,但存在功率回流的现象,产生较高的电流应力,对开关管造成较大的冲击。为了尽可能地减小功率回流,针对相移角φ和调制因数m的参数设置就显得尤为重要。对隔离型DC/AC矩阵变换器的调制方法和传输功率进行了分析,给出变换器相应的公式。在保证输出功率的前提下,使得功率回流达到最小,通过公式推导,建立变量φ和m之间关系,从而得出最优值。仿真给出了三种方案下的电压电流波形,以及畸变率分析。最后,搭建了一台300 W的样机,通过合理的选择变量φ和m,方案3的最高效率达到91.67%,实验结果验证了理论分析的可行性与正确性。

一种高频链的IMC五桥臂逆变器

提出了一种用于双电机传动系统的高频链(HFL)间接矩阵变换器(IMC)五桥臂逆变器拓扑,解决了传统IMC五桥臂逆变器电压传输比低的问题,同时具有功率密度高、传输损耗低、能够实现输入输出级电气隔离的优点。提出了用于HFL IMC五桥臂逆变器的半周期双极性空间矢量调制策略和双逆变器输出的分层控制策略,实现了零电流换流的同时,扩大了变换器的应用范围。实验结果验证了控制策略的正确性和有效性。