关键词： 直流微电网   柔性互联开关   功率互联   协调控制   稳定性分析  

摘要： 随着直流微电网中分布式光伏、电动汽车、电池储能等新型源/荷占比逐年提升,可再生能源自身的随机性及间歇性将会导致其消纳不充分、能源利用率不高。而相邻直流微电网之间通过互联方式能够实现更大范围的资源整合,其中,柔性互联开关作为直流微电网间的互联关键装备,能够实现直流微电网间功率互联与灵活转供,从而提高可再生能源的充分消纳与高效利用。通过分析目前低压直流微电网运行特性与柔性互联开关可靠性问题,本文提出了一种基于双降压/升压结构的柔性互联开关拓扑结构,其具备无桥臂直通、电压利用率高、功率等级易拓展等优点。首先,对柔性互联开关的类型和相应控制策略进行简要概述;其次,分析了互联低压直流微电网的组网形态和运行模式,并对互联低压直流微电网系统进行协调优化控制;最后,通过建立互联低压直流微电网内关键装备的小信号等效电路模型,推导其端口阻抗模型,分析了互联低压直流微电网母线电压稳定性。具体研究内容如下:针对基于双降压/升压变换器的柔性直流互联开关,分析了其工作原理和载波层叠调制策略;在此基础上,对变换器所用耦合电感进行等效计算,分析耦合电感在各工作模式下的充放电情况,并推导柔性互联开关两端电压增益表达式;接着,通过搭建一套150V/1k W实验样机,验证所提双降压/升压柔性互联开关拓扑的有效性与正确性。分析互联低压直流微电网的组网形态和运行模式,围绕柔性互联开关的互联、单端电压支撑、故障闭锁3种工作模式,提出基于柔性互联开关的多模式协调控制策略,使其根据功率调度指令,实现互联微电网间的多模式最优运行。最后,通过仿真平台验证所提协调控制策略能够实现互联微电网间功率的动态分配。围绕柔性互联开关的升压、降压、过渡模式建立了相应的小信号模型和其端口阻抗模型,结合电压源型变换器(Voltage source converter,VSC)直流端口阻抗模型,分析了互联低压直流微电网母线电压稳定性,最后通过仿真验证所建立阻抗模型与稳定性分析的准确性。

关键词： 柔性多状态开关   直流侧电压波动   三相不平衡   谐振积分器   RBF神经网络  

摘要： 随着各类分布式电源如风能、太阳能等大量接入,配电网功率流动越来越复杂,电能质量问题越来越严重,其中电网三相不平衡情况尤为突出。柔性多状态开关作为一类新型的电力电子设备,拥有着灵活的潮流调控能力,为解决上述问题提供了新的契机。为此,本文以三端口柔性多状态开关为模型研究其直流侧电压控制策略,具体的研究内容包括:首先分析了三相平衡时柔性多状态开关的稳定工作原理,分别建立了其在三相静止abc坐标系和同步旋转dq坐标系下的数学模型,接着推导了三相不平衡时三端口瞬时功率关系和直流侧电压关系,得出了功率波动会导致直流侧电压波动的结论。研究了三种正负序分量的分离方法,为后续负序不平衡电流的补偿策略提供理论基础。以dq坐标系下的数学模型为基础,研究了三相平衡时的双闭环控制策略,其中外环包括UQ控制和PQ控制,采用“稳态逆模型”能有效解决模型中非线性耦合问题,内环引入电流反馈解耦和电压前馈补偿能有效消除电流耦合影响和电压扰动影响,具体分析了内外环控制中PI控制器的参数设计方法。三相不平衡时,针对常见单序双闭环控制无法对负序电流单独控制这一问题,设计了正负双序双闭环解耦控制策略,能够实现对负序电流的实时追踪并分别控制。将正向dq坐标系和反向dq坐标系中的变量转化为同一坐标系中,针对电网电压不平衡下柔性多状态开关直流侧电压波动的影响因素,提出了一种新的负序外环控制策略,该方法中引入谐振积分器实现负序电流的完全矢量控制,能够提高负序电流的补偿精度,达到对系统中负序电流的补偿,进而抑制直流侧电压波动。同时,在正序外环中引入了功率前馈环节能有效抑制直流侧电压暂态波动带来的影响;在Q环节中引入谐振滤波器能有效消除无功功率波动对外环的影响。针对传统PI控制器参数固定,对动态系统适应性差的缺陷,引入RBF神经网络并利用其智能辨识性能设计了RBF-PI自适应控制器,对d轴正负外环PI控制进行改进,该方法能够在线辨识获取梯度信息,基于该梯度信息对PI控制器的参数在线自适应调整,提升了控制系统的响应速度,减小了系统中干扰引起的超调量。最后在MATLAB/Simulink中搭建三端口柔性多状态开关仿真模型,针对多种不平衡工况进行仿真验证,实验结果表明了所提方案能有效抑制直流侧电压波动。

关键词： 四开关Buck-Boost   四模式变频控制   占空比突变   工作模式平滑切换  

摘要： 冲压空气涡轮发电系统被广泛应用于飞机外挂吊舱式机载电子设备供电,随着飞机飞行状态的变化,冲压空气能量会发生较大变化,发电机的输出电压也因此会在较宽的范围变化,需要具有升降压调压功能的变换器对发电机输出电压进行稳压为负载提供稳定的直流电压。论文以四开关Buck-Boost变换器为研究对象,对其变频效率优化控制和工作模式平滑切换控制进行研究。论文首先对不同工作模式以及移相模式下的电感电流有效值进行分析,证明了四模式FSBB在效率方面的优势,给出了四模式FSBB实现软开关的条件,建立了FSBB的损耗模型,以总损耗最小为原则,给出了不同工作模式、不同负载下的最优开关频率,实现了变换器在全负载范围内的效率优化。论文推导了FSBB在四种工作模式下的小信号模型,设计了四模式控制下的电压电流双闭环控制系统参数。对FSBB在多模式控制下存在的占空比突变问题展开了详细的分析,针对变换器在工作模式切换时存在的输出电压波动问题,本文引入输入电压前馈控制,实现了不同工作模式之间的平滑切换。在不同工作模式下,论文对交错并联四模式FSBB在不同工作模式下电感电流不均流的原因进行了分析,针对不均流问题设计了均流控制器并通过仿真进行验证。研制了一台额定功率5k W的交错并联FSBB原理样机。实验结果表明,采用变频控制策略使样机在轻载时工作在软开关模式,重载工作在硬开关模式,实现了全负载范围内的效率优化,其最高效率为98.4%。采用输入电压前馈控制实现了工作模式的快速平滑切换,输出电压波动控制在6%以内,所设计均流控制器具有较好的稳态和动态均流效果。

关键词： 新能源可再生系统   开关电容   耦合电感   高电压增益   DC-DC变换器   SCCL   闭环控制  

摘要： 进入“双碳”发展车道以及新科技时代以来,因为资源短缺以及环保问题,清洁能源开发技术得到了深入的研究探讨。在现代化的世界中,电能主演了重要的角色,它不仅仅伴随在寻常生活中,同样推动着各行各业的进步与发展。随着低碳清洁技术的不断进步,针对新能源可再生发电系统的探讨深入了各国学者研究话题中。其中,针对新型高转换比升压直流转换器的研究讨论在众多研究话题中占据了较大的比重。作为光伏发电系统中的必要环节,升压变换器的研究一直在不断深入和创新。随着用电需求的变化,传统升压变换器架构已不能完美地满足相关高升压环境要求,甚至会带来些许问题和缺陷。为了解决传统升压变换器在光伏发电系统中的低升压问题,本文以各项升压技术之间的相互融合为主旨。在归纳总结升压变换器拓扑结构构造技术的条件下,融合各项技术优点,设计了一种依托Fibonacci开关电容单元的耦合电感高电压比DC-DC升压变换电路,(Switched-Capacitor and Coupled-inductor DC-DC Converter--SCCL)。所提出结构可以在理想的占空比及匝数比条件下提供较高的电压增益。这也使变换器的电压增益不仅仅受限于占空比一个调节因子,使得电压增益能够灵活调节,防止电路运行于极限驱动占空比工况下,危及其安全。此外,电路结构中嵌入了箝位回路,其能够将耦合绕组中漏感的输出能量并加以吸收利用,减小功率开关的应力等级大小,减少器件损耗。最后,通过公平合理的性能对比,研究分析该拓扑在升压增益大小、整体运行效率以及部分单元应力等级大小方面具有的优势之处。文章依据所提出的拓扑结构进行了其他扩展及衍生,构造出其他系列的耦合电感高升压DC-DC变换器。论文选择其中一种变换器作为主要研究对象,进行了电路拓扑的性能机理总体谈论,研究分析变换器CCM状态下的各阶段运行机理,推导出拓扑的升压转换比及各元件的应力分布情况。进一步在考虑寄生电阻的基础上分析了寄生参数增益、各器件的损耗以及其整体工作效率。为拓扑后续实验参数及实物样机构造提供设计参考。然后,借助切换线性系统理论进行了变换器的能控性分析,作为变换器闭环控制的前提条件,并为变换器拓扑结构的可行性分析以及相关参数设计优化提供理论依据。进一步的借助Bode图分析方法对变换器进行了小信号模型分析研究,推导输出与占空比的传函关系式。以此为基础进行参数校正,完成闭环控制系统设计,通过仿真测试验证变换器闭环控制的动态性能效果。最后,结合稳态性能结果,对SCCL的实验参数进行设计及器件选型。并以此构造200 W功率等级的试验样机以及其他辅助单元模块,进行SCCL静态运行、动态稳定控制验证测试。验证了所提出SCCL架构构造的正确性及可行性,并通过动态实验测试结果检验了SCCL能够稳定输出的动态控制效果。也进一步验证了所提出升压SCCL拓扑具有的性能优势之处。也通过相应的实验结果进一步验证了前文关于SCCL的升压比大小、应力等级、电路工作转换效率稳态计算分析结果与动态闭环系统建模以及所设计闭环控制器理论分析内容的正确性。

关键词： 高频开关   变电站   直流系统   实际应用  

摘要： 现代化社会的高速发展使得人们的用电量大大增加,变电站可以保证电能在不同的电压下也能保持正常供应,是我国供电网络中的主要环节,而高频开关电源是变电站运行系统中的重点设备,只有重视变电高频开关电源的应用和安全运行管理工作,才可以使得电力得到正常供应,维持人民的生活质量。基于此,本文首先分析了在变电站直流系统中应用高频开关电源的意义与必要性,随后探究了变电站直流系统中高频开关电源的构成部分,以此来供相关人士交流参考。

关键词： 混合式直流断路器   主支路电流转移开关   核心性能   参数设计  

摘要： 主支路电流转移开关是混合式高压直流断路器的核心部件,其转移电流的成功将直接影响断路器开断功能,为实现其在断路器中高效可靠工作,该文对电流转移开关核心性能进行研究。采用定性分析结合定量计算的方法,分析电流耐受、电压耐受、转移能量和可用率等性能的影响因素,并依据张北±500kV柔性直流电网技术要求,设计500kV混合式断路器主支路电流转移开关参数,研制全尺寸样机,并对样机进行性能测试,测试结果表明设计方法满足要求,验证所提方法的科学性和合理性。

关键词： 变换器   高升压比   开关  

摘要： 为实现高效率的高升压比直流变换拓扑,设计了一种新颖的结合电荷泵机制和标准电感型Buck电路模块的DC/DC变换器。相对于传统的Boost直流变换器,新型变换器方案的主要优点是变换器开关电压应力更为优化,并减小了磁性元件中的储能。新拓扑由倍压电荷泵电路衍生得到,由于采用了耦合电感器,使得浮动电容电压可由开关占空比调节。同时,电容充放电路径均可由耦合电感器的固有漏感优化,故二极管可软关断,无反向恢复问题。适当设计Buck电感后,可允许电路准方波工作,从而实现开关的零电压导通。利用构建的300 w直流变换器样机开展了实验测试,测试结果表明新型变换器具有较平坦的效率曲线,且效率保持大于90%,故验证了理论分析和设计。

关键词： 多电平变换器   电压自均衡   开关电容   级联H桥  

摘要： 文章提出一种由级联H桥(CHB)以及开关电容(SC)单元构成的模块化多电平变换器,所提出的变换器具备SC单元直流侧电压自均衡的能力,实现了13电平的电压输出,负载上的输出电压质量好、总谐波失真含量低,与传统的非对称级联多电平变换器相比,只需要单个直流源便能获得多个电平的交流输出。仿真结果验证了所提拓扑的正确性。

关键词： DF7G型内燃机车   直流24 V开关电源   故障分析   蓄电池  

摘要： 研究2017年发生的35件DF7G型内燃机车24 V直流开关电源故障,结合“人、机、料、法、环”五个方面进行分析讨论,总结影响DF7G型内燃机车开关电源的直接原因,进行技术改进,取得了良好效果。

关键词： 直流输电   特高压隔离开关   通流能力  

摘要： 特高压直流隔离开关是特直流输电系统的重要组成设备,一旦发生故障就将影响直流输电通道的可靠性。结合ZGW2-816/J5500-40型特高压直流隔离开关的结构,通过分析、计算,提出了增加隔离开关接线端子和软连接处设计面积的改进方案。应用该研究成果的特高压直流隔离开关已通过型式试验,并成功应用于昆柳龙混合多端直流工程。