一种用于波浪补偿系统的超级电容储能装置研究与设计

研究一种用于波浪补偿系统的超级电容储能装置,通过利用双向DC/DC变换器将直流母线与超级电容连接起来,致力于解决波浪补偿后回馈电能的利用问题。选择三相半桥型的非隔离型双向DC/DC变换器作为传输电路,以直流母线电压的变化为参考,通过设计了双向DC/DC变换器的双闭环控制策略,来达到母线电压稳定的目的。当直流母线电压升高,控制超级电容充电,当直流母线电压降低,控制超级电容放电。实验验证了所提出的基于DSP的双向DC/DC变换器的超级电容储能装置控制策略的有效性。     

基于三电平T型变换器的船用交直交供电电源

T型三电平变换器因功率密度高、开关器件少、电平数目多等优点而被广泛研究。基于T型三电平桥臂,引入复用桥臂构建一种适用于船用电源的T型交直交变换器,进一步提升船用电源的功率密度与经济性。采用基于同相载波层叠的脉冲宽度调制法,提出包含直流电压外环、输入电流内环的整流侧双闭环和逆变侧输出电压幅值单闭环的协调控制策略;再基于双闭环控制下的直流环节小信号模型设计优化负载电流前馈控制;并通过仿真和试验充分验证了提出的变换器拓扑调制电压平衡策略的有效性和正确性。     

并联Buck TL直流变换器控制研究

为了降低开关管电压应力和提高负载功率,本文提出了并联三电平直流变换器方案。分析了三电平直流变换器的工作原理及其控制策略,在Matlab/Simulink平台上搭建仿真模型,实现了输出电流均流和飞跨电容稳压控制,验证了并联三电平直流变换器拓扑的优点,样机试验表明了该变换器及其控制的合理性和有效性。     

基于超级电容的水下平台混合能源系统研究

针对燃料电池发电系统输出特性偏软,动态响应慢以及负载具有随机性、间歇性、波动性等问题,在水下平台混合动力系统中加入了超级电容。采用双向DC/DC变换器作为超级电容充放电主拓扑,设计了基于PI控制器的双闭环控制,实现了母线和超级电容之间能量的双向流动。运用PSIM软件对超级电容正常工作放电和充电2种工况进行仿真。仿真结果表明：通过双向DC/DC变换器可在系统重载时将超级电容存储的电能释放出来,在系统轻载、减速或制动等工况下降回馈再生电能存储至超级电容中,整个过程可以使大功率负载安全地接入系统,减小母线电压振荡,提高能量利用率。     

不对称全桥飞跨电容型MMC在船舶推进电机中的应用

[目的]模块化多电平变换器(MMC)因其独特的模块化特性和较低的开关频率等优点,在交流传动系统中表现出良好的调速性能。针对MMC在船舶中压低频工作模式下的子模块电容电压波动问题和传统高频注入法所导致的共模电压过大问题,提出一种适用于船舶电力推进系统的不对称全桥飞跨电容型MMC改进型拓扑。[方法]首先,介绍改进型电路拓扑的工作原理和低频工况下电容电压的波动缘由;然后,结合方波注入法与可设置截止频率的环流注入法,设计相应的控制方案;最后,基于Matlab/Simulink仿真平台,搭建带有螺旋桨负载的6 k V/36 MW永磁同步推进电机模型,模拟船舶电力推进系统的分级正车启动工况。[结果]仿真结果表明:该方案可以将低频段电容电压的波动百分比由16%降低至8%以内,且无共模电压注入。[结论]研究成果可为船舶中压直流电力推进系统的变频器设计提供参考。     

一种基于比例-谐振(PR)控制的MMC环流抑制策略

环流是模块化多电平变换器(MMC)的固有属性,其存在让子模块电容电压波动幅度增大,并导致桥臂电流畸变且峰值增加,影响系统的运行特性。传统的基于二倍频负序旋转坐标变换的环流抑制策略控制环节繁琐且有一定局限性。本文分析了一种基于比例-谐振(PR)控制的环流抑制策略,该策略控制环节简洁、适用于任意相数的MMC系统。最后通过Matlab/Simulink平台上的仿真,证明了策略的有效性。     

基于开关电容单元直流侧电压自均衡多电平变换器

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.     

基于功率前馈补偿控制的BDFG励磁变换器控制策略研究

双PWM交直交型变换器适应于无刷双馈变速恒频电源系统,可以实现能量的双向流动。然而,随着发电机运行状态的改变,变换器功率流动方向会发生变化,这将会引起直流侧电压的波动,不利于整个系统的稳定运行。结合无刷双馈发电机的运行特点,在对网侧变换器传统电压电流双闭环控制的基础上,提出了基于无刷双馈电机机侧变换器功率补偿的控制策略,提高了直流侧电压的稳定性,并通过仿真进行验证。     

基于Boost变换器升压的双绕组感应发电机的电磁设计

本文对一种利用Boost变换器进行最低转速输出电压升压的定子双绕组感应发电机进行了电磁设计。根据该电机具有两套定子绕组的特点,通过提高控制绕组与功率绕组的匝数比来升高控制绕组的电压,从而降低控制绕组励磁变换器电流的设计策略,同时可以省去功率侧的励磁电容器和控制侧的滤波电感,由此构成一种小电流励磁控制大电流功率输出的新型励磁控制系统。利用Boost变换器对最低转速时的输出电压进行升压调节,实现了材料利用率较高、电机安装尺寸较小等优点。     

一种新型五电平逆变器及其电容预充电方法

本文提出一种新型五电平并网逆变器,相比于其他五电平逆变器,在该逆变器中当输出电压为高电平时,电流只流经两个开关管,因此可以减小导通损耗。而且,本文提出了针对该逆变器的改进型调制策略,可以实现开关损耗的最小化。更进一步地,为了避免在启动时由于悬浮电容电压未达到额定电压而导致的部分开关管应力过大的潜在风险,本文提出了针对该逆变器的直流充电方法,可以保证给各个电容安全充电的同时,使得所有开关管的电压应力都不超过其正常运行时所承受的电压应力。通过实验,该新型五电平逆变器拓扑和电容预充电方法的可行性都得到验证。     

基于三电平逆变器的永磁同步电动机直接转矩控制新方法

在永磁同步电动机数学模型和三电平空间矢量调制法的基础上,提出一种基于三电平逆变器拓扑结构的永磁同步电机直接转矩控制新方法.该方法采用bang-bang控制器对电机进行控制,通过新型合成矢量开关表对固定合成矢量的选取,有效地抑制了三电平逆变器直流侧支撑电容中点电位波动、限制了输出电压变化率dv/dt并降低了开关损耗,同时...     

基于RCP实时仿真的三电平H桥直流变换器实验平台设计

三电平以及多电平拓扑结构的变流器已经广泛应用于分布式发电,高压直流输电等领域,而实时仿真为变换器的研究提供了一种新颖的研究手段。本文基于RT_LAB构建了三电平H桥直流变换器快速控制原型(Rapid Control Prototyping,RCP)实时仿真实验平台,介绍了其基本结构及软硬件设计过程,在此实时仿真实验平台上开展了三电平H桥直流变换器不同工况下的仿真,与离线仿真结果对比,吻合情况良好,验证了实时仿真实验平台设计的合理性。     

三种减少直流断路器的船舶中压直流电网拓扑结构及性能比较

为保护整流变换器及减少短路时电网中电容放电的影响,船舶中压直流电网中存在大量断路器,造成结构复杂成本高,为此本文提出三种结构的变换器,即基于级联H桥与多端DC/DC的结构(TMPDC),基于MMC整流与逆变的多级调压结构(MVR)和基于不控整流与模块化多电平变换器(MMC)驱动负载结合的结构(UR-MMC)。本文对三种结构的组成与特点进行了分析,并在电压谐波,功耗,体积,故障特性等方面进行了比较,最后通过仿真进一步阐述了不同结构在运行波形上的差异。通过各结构的特性分析,为中压直流电网在船舶上的应用提供了参考。     

10kV中压直流电力推进变频器拓扑与控制策略

为了满足10 kV舰船中压直流综合电力推进系统对于高效率、高功率密度中压推进变频器的需求,本文分析了现有多电平拓扑的特性与适应性,提出了两种适用于开绕组多相电机的10kV推进变频器拓扑结构:五电平有源中点箝位(ANPC)/H桥拓扑以及对称混合九电平拓扑。两种拓扑结构使用的悬浮电容和开关器件数量完全相等。本文分析了这两种拓扑的工作原理和调制策略,分别建立了开关函数模型,并得出了母线中点电压和悬浮电容电压在理想情况下均可保持自平衡的结论。分别搭建了这两种拓扑的小功率样机并进行了实验验证。     

模块化多电平变换器的两种调制策略研究

调制策略是研究模块化多电平变换器(MMC)的基础,也是影响MMC输出特性的重要因素。本文研究分析了两种调制策略:载波移相调制和载波层叠调制的原理以及在MMC中的实现方法。通过在Matlab/Simulink平台上的仿真,验证了载波移相调制更利于MMC各子模块电容电压的均衡,并且能使MMC获得更好的谐波特性。     

移相全桥DC/DC软开关变换器的全数字化实现

为同时满足大功率低压大电流直流电源的稳态电压精度和起动舰载直升机时的动态响应速度的要求,本文提出了一种基于DSPTMS320F240的移相全桥DC/DC软开关变换器的数字控制实现方法.实验结果证明了方案的可行性.     

基于优化功率分配的光伏混合储能系统能量管理策略

[目的]针对舰船移动平台光伏系统的输出功率不稳定问题和负载突加/突卸所导致的功率波动问题,提出基于优化功率分配的光伏混合储能系统能量管理策略。[方法]针对传统限值管理方法的不足,根据超级电容荷电状态所在的不同分区自适应调整滤波时间常数,从而实现混合储能系统功率的优化分配,同时分析各个变换器的控制策略和工作模式。[结果]Matlab仿真结果和工程测试结果表明:该能量管理方案和变换器控制策略可以有效地改善混合储能系统的过充或过放问题,不仅可以保证直流母线电压的稳定性,还可以提高系统的动态响应性和协调性。[结论]研究成果可为移动平台光伏系统的能量管理提供参考。     

船用全桥隔离DC/DC变换器的建模与控制

针对大功率脉冲负载在船舶领域中的应用为背景,对其中全桥隔离DC/DC变换器展开研究。本文基于最小回流功率的双重移相控制策略,通过分析双重移相控制下的软开关条件及其功率传输特性,建立了其动态小信号模型。最后通过Matlab/Simulink仿真实验对控制策略进行验证,实验结果表明了采用基于最小回流功率控制对提高变换器效率的有效性。     

三电平PWM整流器半实物研究

本文基于三电平PWM整流器数学模型,采用状态反馈解耦后双闭环调节,辅以闭环观测器估计负载电流作前馈补偿的直接电流控制方案,同时通过辨识虚拟电网磁链,代替测量电网电压锁相作为控制中的定向矢量;针对三电平变换器中点电位平衡这一固有问题,采用准确解析计算使之平衡的零序电压分量,有效消除中点电位波动。最后搭建基于硬件在回路的半实物仿真实验装置,实现了低谐波双向能量传递,动静态性能良好,验证了控制策略的可行性和有效性。     

基于桥臂内移相控制的三电平移相全桥变换器共模电压抑制策略

针对三电平移相全桥变换器变压器原边共模电压难以抑制问题,提出了一种桥臂内移相控制的抑制策略.结合三电平移相全桥变换器拓扑结构,首先分析传统移相策略的工作原理,分析共模电压的产生原因,其次分析所提出的桥臂内移相策略的工作原理,最后通过仿真验证所提抑制策略的有效性.采用所提桥臂内移相策略可以有效消除变压器原边共模电压.