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基于SiC MOSFET的全桥直流变换器扩容功率均分方法研究

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基于SiC MOSFET的全桥直流变换器扩容功率均分方法研究

作者：刘瑞康西安理工大学

学位级别：硕士

SiC MOSFET作为新一代宽禁带半导体器件,具有开关速度快、导通损耗低等优势,将其应用于电力电子变换器中可有效提升系统效率和性能等,移相全桥直流变换器具有输出电压范围宽、易于实现软开关等优势,将SiC MOSFET应用于移相全桥直流变换... 详细信息

SiC MOSFET作为新一代宽禁带半导体器件,具有开关速度快、导通损耗低等优势,将其应用于电力电子变换器中可有效提升系统效率和性能等,移相全桥直流变换器具有输出电压范围宽、易于实现软开关等优势,将SiC MOSFET应用于移相全桥直流变换器中,可提高其功率密度、效率及性能等。然而,SiC MOSFET单管通流能力低,大功率场合下需进行系统扩容,由于参数差异等因素系统扩容时存在功率不均分问题。因此开展基于SiC MOSFET的移相全桥直流变换器系统扩容方法及功率均分方法研究具有重要的应用价值。首先,本文以SiC MOSFET器件为扩容单元,通过将SiC MOSFET器件并联提高模块的通流能力实现系统扩容。针对SiC MOSEFT单管并联不均流问题,分析讨论了 SiC MOSFET静态特性以及考虑寄生参数下的动态过程,分析了器件、功率回路以及驱动回路参数存在差异时并联SiC MOSFET漏极电流分布特性,剖析了 SiC MOSFET并联不均流产生的原因。提出一种主动栅极控制均流方法,该方法通过检测并联支路电流,对并联SiC MOSFET控制信号上升下降沿进行延时实现SiC MOSFET并联均流。其次,以移相全桥直流变换器为扩容单元,通过将拓扑输出串并联提高输出电压电流等级实现系统扩容,针对拓扑输出串并联时存在的功率不均分问题,分析了移相全桥直流变换器工作原理,讨论了以SiC MOSFET器件为主要差异元件时的拓扑输出串并联电流与电压特性及不均衡影响因素,基于移相控制提出了一种主从功率均分控制方案,通过检测串并联时各单元输出电压差电流差,通过闭环控制各单元移相角实现拓扑输出串并联功率均分。最后,设计与搭建了具有主动栅极控制的SiC MSOFET驱动电路、基于SiC MOSFET的移相全桥直流变换器输出串并联实验样机,在样机上对所提方案进行了验证,实验结果表明:主动栅极控制有效改善了 SiC MOSEFT并联不均流现象;主从功率均分控制方案实现了拓扑输出并联均流与输出串联均压控制,实现了三种扩容方式下系统输出功率均分。

关键词： SiC MOSFET 并联均流移相全桥直流变换器系统扩容功率均分

基于虚拟微调阻抗微网多DG功率均分控制策略

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太阳能学报 2015年第5期36卷 1162-1170页

作者：孙孝峰陈敬娴田艳军李昕燕山大学电力电子节能与传动控制河北省重点实验室河北066004

提出一种基于微调虚拟阻抗并采用下垂控制实现功率均分的控制方案;低压微电网中传输线阻抗呈阻性,忽略其感性成分,孤岛模式下,根据各分布式发电单元(DG)的线路电阻和输出功率值,自适应计算出微调虚拟电阻,使各DG的微调虚拟电阻与线路电... 详细信息

提出一种基于微调虚拟阻抗并采用下垂控制实现功率均分的控制方案;低压微电网中传输线阻抗呈阻性,忽略其感性成分,孤岛模式下,根据各分布式发电单元(DG)的线路电阻和输出功率值,自适应计算出微调虚拟电阻,使各DG的微调虚拟电阻与线路电阻之和相等,输出的有功功率和无功功率均达到均分效果;该控制策略已由仿真和实验验证其可行性。

关键词：微电网微调虚拟阻抗低压微电网功率均分

基于粒子群算法的微电网实时功率均分的改进下垂控制策略

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高电压技术 2018年第10期44卷 3425-3432页

作者：李欣煜周建萍李泓青王涛张纬舟茅大钧上海电力学院自动化工程学院上海200090 上海发电过程智能管控工程技术研究中心上海200090

孤岛低压微电网中,对并联分布式电源（DG）逆变器,其线路阻抗差异对功率分配和环流抑制有较大影响,传统下垂控制无法合理均分功率。因而需要一种能实时修正参数的改进下垂控制策略,减少阻抗差异对功率均分的影响。首先分析线路参数对下... 详细信息

孤岛低压微电网中,对并联分布式电源（DG）逆变器,其线路阻抗差异对功率分配和环流抑制有较大影响,传统下垂控制无法合理均分功率。因而需要一种能实时修正参数的改进下垂控制策略,减少阻抗差异对功率均分的影响。首先分析线路参数对下垂控制策略的影响;进而提出一种优化的粒子群算法（PSO）改进下垂系数：下垂模块实时采集线路信息,每个更新周期输入到PSO模块优化功率偏差和环流等,将优化结果实时反馈到下垂参数;最后对比传统下垂和改进下垂的误差,并用MATLAB/Simulink仿真验证了所提策略的有效性。结果表明所提改进下垂控制策略,对不同类型负荷和变化线路参数等,能精确检测其对系统运行的影响并根据不平衡状态利用优化PSO算法改善控制参数,合理分配负荷功率和抑制DG间环流,实现无差控制从而保证微电网的稳定性。

关键词：微电网改进下垂控制实时控制功率均分环流抑制粒子群算法

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孤岛微电网无通信功率均分和电压恢复研究

电工技术学报 2016年第1期31卷 55-61页

作者：孙孝峰郝彦丛赵巍李昕王宝诚燕山大学电力电子节能与传动控制河北省重点实验室秦皇岛066004

首先分析了传统下垂控制在功率均分中的局限性,并提出一种新型下垂控制。该控制策略利用本地脉冲高低电平分别实现电压恢复和功率均分,且只采用DG单元本地信息,不存在各DG单元或控制层面之间的通信,继承了传统下垂控制无通信的优点,保... 详细信息

首先分析了传统下垂控制在功率均分中的局限性,并提出一种新型下垂控制。该控制策略利用本地脉冲高低电平分别实现电压恢复和功率均分,且只采用DG单元本地信息,不存在各DG单元或控制层面之间的通信,继承了传统下垂控制无通信的优点,保证了微电网"即插即用"。在两台三相逆变器组成的小型微电网上进行了实验研究,证明了理论与方案的正确性。

关键词：微电网新型下垂控制功率均分即插即用

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微电网中的有功功率和无功功率均分控制

电力系统自动化 2016年第10期40卷 90-96页

作者：董杰李领南张纯江郭忠南河北省电力电子节能与传动控制重点实验室燕山大学河北省秦皇岛市066004

针对在单元输出功率控制(UPC)和馈线潮流控制(FFC)模式下,分布式电源(DG)之间的有功功率和无功功率均分控制进行了分析。在UPC模式下,DG输出的有功功率恒定,能够跟随给定值实现有功功率均分;在FFC模式下,DG所在馈线上的潮流值恒定能够... 详细信息

针对在单元输出功率控制(UPC)和馈线潮流控制(FFC)模式下,分布式电源(DG)之间的有功功率和无功功率均分控制进行了分析。在UPC模式下,DG输出的有功功率恒定,能够跟随给定值实现有功功率均分;在FFC模式下,DG所在馈线上的潮流值恒定能够跟随给定值,实现微电网和大电网之间的潮流交换恒定。但是受线路阻抗和本地负荷等的影响,DG的输出电压值不同,进而产生无功环流。针对这一问题,文中提出了一种抑制无功环流的控制策略,该策略是在无功电压下垂控制中加入电压补偿环节,以达到抑制无功环流的目的,该方法有效消除了逆变器之间的无功环流。针对线路阻抗和本地负荷不同时对微电网中无功环流的影响进行了分析,并分别进行了仿真,验证了该控制策略的有效性和可行性。

关键词：微电网(微网) 无功环流功率均分馈线潮流控制单元输出功率控制

基于时序分阶段控制的网状微电网功率均分策略

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太阳能学报 2022年第8期43卷 490-497页

作者：姜恩宇施峥靖赵吉康米阳林顺富上海电力大学电气工程学院上海200082 国网浙江省长兴县供电有限公司湖州313100

针对网状结构交流微电网中无功功率无法均分而产生系统环流的问题,提出基于时序分阶段控制的改进下垂控制策略。首先通过分阶段时序信号控制的迭代方法,消除线路阻抗不匹配对无功分配精度的不利影响。其次,当DG单元输出电压降至限定最... 详细信息

针对网状结构交流微电网中无功功率无法均分而产生系统环流的问题,提出基于时序分阶段控制的改进下垂控制策略。首先通过分阶段时序信号控制的迭代方法,消除线路阻抗不匹配对无功分配精度的不利影响。其次,当DG单元输出电压降至限定最小值时,中央控制器发送时序信号使各DG切换至电压恢复阶段,以同步恢复电压至参考值。为维持电压恢复过程中无功均分的独立性,以等容量的微电源为例对微电网进行稳定性分析。最后,通过Matlab/Simulink仿真和RT-LAB实验,验证所提策略的正确性。

关键词：微电网网状结构功率均分下垂控制时序信号

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基于自适应下垂法的有功功率均分控制

电测与仪表 2019年第10期56卷 105-110页

作者：翟盼盼苟军年杨剑锋兰州交通大学自动化与电气工程学院

在低压孤岛微网中,受到线路阻抗不一致的影响,线路阻抗与并联逆变器的容量不匹配,传统下垂控制方法不能使并联逆变器有功功率达到均分的效果;并且传统下垂控制法反馈信号很难准确的测到线路阻抗后公共节点的电压。针对以上问题,提出了... 详细信息

在低压孤岛微网中,受到线路阻抗不一致的影响,线路阻抗与并联逆变器的容量不匹配,传统下垂控制方法不能使并联逆变器有功功率达到均分的效果;并且传统下垂控制法反馈信号很难准确的测到线路阻抗后公共节点的电压。针对以上问题,提出了一种自适应的下垂控制方法,该方法具有可变的下垂系数和可变的空载电压,自动调节下垂系数和空载电压来减小并联逆变器有功功率分配的偏差和降低线路阻抗上的电压降。在负荷发生突变和扰动的情况下,利用MALATB2014a/SIMULINK软件平台分别对传统下垂控制和自适应下垂控制进行仿真实验验证,仿真结果验证了自适应下垂控制方法不仅可以使并联逆变器有功功率分配达到均分,还可以大大改善线路阻抗上的电压降。

关键词：低压微电网并联逆变器下垂控制功率均分

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自适应虚拟阻抗的不平衡负载功率均分控制

电力电子技术 2023年第6期57卷 61-65,108页

作者：卢星升张继红谢波于鸿雁内蒙古自治区光热与风能发电重点实验室内蒙古科技大学信息工程学院内蒙古包头014010 中海油新能源二连浩特风电有限公司内蒙古古锡林郭勒026000

多逆变器并联是解决系统扩容、电源互为备用、增强供电安全性的重要手段。此处针对各逆变器之间的空间跨度大、系统参数不一致以及功率分配不均等引起的母线电压波动、设备过载保护甚至损坏等突出问题,以两并联逆变器为例建立了改进传... 详细信息

多逆变器并联是解决系统扩容、电源互为备用、增强供电安全性的重要手段。此处针对各逆变器之间的空间跨度大、系统参数不一致以及功率分配不均等引起的母线电压波动、设备过载保护甚至损坏等突出问题,以两并联逆变器为例建立了改进传统下垂控制数学模型并推导了相应环流计算公式,分析了不平衡负载以及非线性负载接入对系统的影响,提出了一种正负序电压分量的自适应虚拟阻抗多环功率解耦控制算法。采用基于模型的解析方法探寻电压与功率两者关系机理;利用对称分量法将电压的正、负、零序分相进行控制,满足电压平衡需求;设计自适应虚拟阻抗控制策略,减小母线电压幅值和频率波动,提高功率分配精度,最后采用仿真和实验手段予以验证。

关键词：并联逆变器自适应虚拟阻抗不平衡负载功率均分

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虚拟同步发电机并联系统的功率均分研究

电气传动 2017年第12期47卷 78-82页

作者：林智慧陈桂涛西安思源学院电子信息工程学院陕西西安710038 西安理工大学自动化与信息工程学院陕西西安710048

通过对同步发电机下垂特性和转动惯量等外特性的模拟,分布式逆变单元可表现出同步发电机特性,针对虚拟同步发电机(VSG)并联系统的功率不能合理均分和环流等问题,根据下垂方程和有功频率下垂控制的单台小信号方程推导了VSG并联系统的功... 详细信息

通过对同步发电机下垂特性和转动惯量等外特性的模拟,分布式逆变单元可表现出同步发电机特性,针对虚拟同步发电机(VSG)并联系统的功率不能合理均分和环流等问题,根据下垂方程和有功频率下垂控制的单台小信号方程推导了VSG并联系统的功率均分公式,此种参数设计公式对于相同和不同容量的VSG并联系统同样适用,且在暂态和稳态情况下都可实现VSG按自身容量分配功率。仿真和实验结果表明,按照本文所提出的功率均分公式设计并联VSG参数,可实现相同和不同容量并联VSG系统的功率均分。

关键词：微网虚拟同步发电机并联运行功率均分容量比