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高频隔离型光伏并网逆变器拓扑及其控制策略

电网技术 2016年第8期40卷 2302-2308页

作者：梁晖罗浩聂志强陈彪国家能源主动配电网技术研发中心(北京交通大学) 北京市海淀区100044 光宝通信(广州)有限公司北京海淀技术服务分公司北京市海淀区100193

在全桥倍流DC/DC拓扑的基础上加以改进,提出了一种高频隔离光伏并网逆变器拓扑,所提拓扑保留了倍流电路电流纹波小等优点;且高频变压器输出经过一级变换直接输出低频交流,无直流环节,有利于提高系统效率。引入混合型正弦脉宽脉位调制(si... 详细信息

在全桥倍流DC/DC拓扑的基础上加以改进,提出了一种高频隔离光伏并网逆变器拓扑,所提拓扑保留了倍流电路电流纹波小等优点;且高频变压器输出经过一级变换直接输出低频交流,无直流环节,有利于提高系统效率。引入混合型正弦脉宽脉位调制(sinusoidal pulse width and position modulation,SPWPM)策略,将正弦调制和高频逆变功能均在前级逆变器完成;后级倍流电路工作在工频和高频混合模式,有利于减小开关管损耗及保证电流平滑换流。同时为消除并网电流控制策略中静态误差等问题,采用比例谐振(proportion resonant,PR)控制器代替传统的比例积分(proportion integral,PI)控制器。仿真分析和实验结果验证了所提控制策略的可行性。

关键词：光伏并网逆变器高频隔离混合型SPWPM PR控制器

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多谐振控制零电压开关单相高频隔离逆变器

电机与控制学报 2021年第8期25卷 123-131页

作者：朱文杰周克亮汪洋任聪邱志鹏青岛理工大学信息与控制工程学院山东青岛266520 武汉理工大学自动化学院武汉430070 国家电网济南供电公司济南250012

针对双功率方向高频隔离变换器开关电压应力大、难以实现软开关等问题,为了提高输出电能质量,提出一种双向功率流两级高频隔离逆变器的调制及其控制方法,并对其各个工作模态和电路软开关条件进行详细的分析。该逆变器由原边的H桥、高频... 详细信息

针对双功率方向高频隔离变换器开关电压应力大、难以实现软开关等问题,为了提高输出电能质量,提出一种双向功率流两级高频隔离逆变器的调制及其控制方法,并对其各个工作模态和电路软开关条件进行详细的分析。该逆变器由原边的H桥、高频隔离变压器和位于副边的周波变换器构成,并加入钳位电路消除变压器副边的电压过冲和振荡。设计该逆变器及其配套钳位电路的调制方法,建立其数学模型,并采用多谐振控制器进行输出电压的精确控制。周波变换器和钳位电路均实现了零电压开关,讨论了原边中全桥电路的零电压开关条件。制作了1 kVA的实验样机,分别在电阻负载和整流器负载下进行了实验,测得总谐波畸变率分别为0.544%和3.1%,验证了调制方法和控制策略的有效性。

关键词：逆变器零电压开关有源钳位双功率流高频隔离谐振控制

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智能电网中的新一代高频隔离功率转换技术

中国电机工程学报 2014年第36期34卷 6369-6379页

作者：宋强赵彪刘文华赵宇明清华大学电机工程与应用电子技术系北京市海淀区100084 深圳供电局有限公司广东省深圳市518048

随着智能电网的发展,主要由变压器和开关构成的传统配电网结构将会改变,功率转换系统将作为更为核心的角色并实现更为系统性的功能。首先论述智能电网中功率转换技术的研究意义;在此基础上,对传统功率转换技术的局限性以及新一代高频隔... 详细信息

随着智能电网的发展,主要由变压器和开关构成的传统配电网结构将会改变,功率转换系统将作为更为核心的角色并实现更为系统性的功能。首先论述智能电网中功率转换技术的研究意义;在此基础上,对传统功率转换技术的局限性以及新一代高频隔离功率转换技术的概念和发展特点进行全面阐述。其次,从系统层面介绍国内外关于高频隔离功率转换技术的典型研究项目,从变换器层面介绍关键技术的研究进展。在此基础上,从技术层面提炼出现阶段高频隔离功率转换技术研究中需解决的关键问题。同时,以高频隔离固态变压器为典型案例,讨论新一代高频隔离功率转换技术在智能电网中的应用方案。最后,结合中国的研究现状,给出发展建议。

关键词：智能电网功率转换碳化硅高频隔离

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重复控制的单相高频隔离PWM整流器

高电压技术 2021年第5期47卷 1704-1711页

作者：朱文杰周克亮汪洋秦臻任聪朱力青岛理工大学信息与控制工程学院青岛266520 武汉理工大学自动化学院武汉430070 国网襄阳供电公司襄阳441000

为解决高频隔离整流器半导体开关电压应力大的问题,并提高并网电流的控制性能,提出一种双向功率流两级高频隔离整流器的调制和控制方法,并对其工作模态和软开关条件进行详尽的分析。该整流器由副边的全桥、高频隔离变压器和原边的周波... 详细信息

为解决高频隔离整流器半导体开关电压应力大的问题,并提高并网电流的控制性能,提出一种双向功率流两级高频隔离整流器的调制和控制方法,并对其工作模态和软开关条件进行详尽的分析。该整流器由副边的全桥、高频隔离变压器和原边的周波变换器构成,并加入钳位电路消除变压器原边的电压过冲和振荡。设计其调制方法,建立其数学模型,并采用复合重复控制的双闭环策略进行输出电压和电网侧电流的高性能控制。周波变换器和钳位电路均实现了零电压开关,副边全桥电路部分实现零电压开关。制作了1 kVA的实验样机,实验结果验证了调制方法和控制策略的有效性。该高频隔离整流器结合了常规单相PWM整流器和高频隔离变换器的特性,其更有输出电压范围更广,双功率流、高功率密度和电网侧电流质量高且功率因数可调节等特点,非常适合电动汽车充电领域。

关键词：有源钳位双功率流 PWM整流器高频隔离重复控制

单级高频隔离型三相双向AC/DC变换器研究综述

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中国电机工程学报 2021年第21期41卷 7434-7448页

作者：顾玲南京理工大学自动化学院电气工程系江苏省南京市210094

单级高频隔离型三相双向AC/DC变换器以单级式的结构可实现高频电气隔离、单位功率因数控制、双向电能传输和升降压变换,在微电网母线电压变换、储能装置功率变换等场合均具有重要的应用。文章基于电路拓扑、调制策略2个方面详述变换器... 详细信息

单级高频隔离型三相双向AC/DC变换器以单级式的结构可实现高频电气隔离、单位功率因数控制、双向电能传输和升降压变换,在微电网母线电压变换、储能装置功率变换等场合均具有重要的应用。文章基于电路拓扑、调制策略2个方面详述变换器的研究现状,分析各类拓扑和调制方法的工作原理和应用特点,总结拓扑结构机理和衍生方法,归纳考虑变压器伏秒平衡的空间矢量调制策略步骤。最后,从新型半导体器件的应用、软开关的实现和可靠性的提高3个方面对变换器的未来发展趋势进行展望。

关键词：高频隔离三相AC/DC变换器双向变换器脉宽调制策略

直流纳电网中用于高频隔离的CLLC型双向直流变压器的模态分析与优化设计

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中国电机工程学报 2016年第21期36卷 5918-5929,6036页

作者：吕正颜湘武新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206

新型的CLLC型双向直流变压器(CLLC bidirectionalDC-DC transformer,CLLC-BDCT)具有控制策略简单、转换效率较高等优势,已成为实现低压直流纳电网与低压电网间高频隔离的可选拓扑之一。但复杂的运行过程严重阻碍了CLLC-BDCT的研究以及... 详细信息

新型的CLLC型双向直流变压器(CLLC bidirectionalDC-DC transformer,CLLC-BDCT)具有控制策略简单、转换效率较高等优势,已成为实现低压直流纳电网与低压电网间高频隔离的可选拓扑之一。但复杂的运行过程严重阻碍了CLLC-BDCT的研究以及应用。首先指出了现有CLLC-BDCT理论分析方法,即基波近似分析(fundamental harmonic approximation,FHA)方法的低精确性,然后提出对CLLC-BDCT进行详尽的模态描述及分析。比照FHA的分析结果,提出的模态描述及分析不但为CLLC-BDCT工作状态的多样性提供理论支撑,而且能够精确预测其运行行为和重要特性。在此基础上,系统分析CLLC-BDCT的谐振网络参数与逆变开关管的零电压开通、直流电压增益及导通损耗的相关联性,阐明谐振网络参数对CLLC-BDCT闭环控制稳定性和运行效率的影响,进而提出一种CLLC-BDCT谐振参数的优化设计方法。最后,搭建一台380V输入,1.6k W、380V输出的CLLC-BDCT实验样机,实验结果验证了提出的运行模态描述分析结果及谐振参数优化设计方法的正确性。

关键词：双向直流变压器 CLLC 直流纳电网高频隔离运行模态分析优化设计

一种应用于电动汽车快速充电站的高频隔离双级功率变换器

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电网技术 2017年第5期41卷 1636-1643页

作者：刘闯李伟孙佳俊东北电力大学电气工程学院吉林省吉林市132012

提出了一种新型可应用于电动汽车直流快速充电站的高频隔离型(high-frequency-isolation,HFI)双级功率变换系统结构,该变换器结合了前端三电平Buck变换器与后端LLC谐振变换器的双重优点。三电平Buck变换器开关管承受的电压为直流母线电... 详细信息

提出了一种新型可应用于电动汽车直流快速充电站的高频隔离型(high-frequency-isolation,HFI)双级功率变换系统结构,该变换器结合了前端三电平Buck变换器与后端LLC谐振变换器的双重优点。三电平Buck变换器开关管承受的电压为直流母线电压的一半,适合应用在高压大功率的场合,后端采用LLC谐振变换器可以实现高频电气隔离,同时具有实现逆变桥开关管零电压开通(zero-voltageswitch,ZVS),二次侧整流桥二极管零电流关断(zero-currentswitch,ZCS)的优良特性。文章详细介绍了该新型系统结构的工作原理及特性,并介绍了该两级系统结合后的新特性,并提出了变换器的均流均压控制策略。最后,搭建了一套20 k W,输入电压760 V,输出电压200~500 V的实验装置。通过实验验证了系统结构的可靠性。

关键词：电动汽车快速充电站高频隔离三电平变换器 LLC谐振变换器

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高频隔离型光伏并网逆变器的研究

高频隔离型光伏并网逆变器的研究

作者：李雪城北京交通大学

学位级别：硕士

近年来,太阳能光伏发电以其清洁、安全、便利、高效等优势,已经成为世界各国重点发展的可再生能源之一。光伏并网逆变器作为能量的控制与变换环节,成为了光伏发电领域的研究热点。本文研究了一种新型高频隔离型光伏并网逆变器,其拓扑结... 详细信息

近年来,太阳能光伏发电以其清洁、安全、便利、高效等优势,已经成为世界各国重点发展的可再生能源之一。光伏并网逆变器作为能量的控制与变换环节,成为了光伏发电领域的研究热点。本文研究了一种新型高频隔离型光伏并网逆变器,其拓扑结构具有效率高、体积小、重量轻的特点,适用于单相小功率光伏发电系统。首先,对光伏并网逆变器进行分类研究并详细分析了各类型并网逆变器的优缺点,引出高频隔离型光伏并网逆变器在屋顶光伏发电领域的优势。针对传统DC/DC变换型高频隔离光伏并网逆变器的不足,本文研究了一种基于正弦脉宽脉位调制(SPWPM)的新型高频隔离光伏并网逆变器,并分析了主电路在稳态时的工作原理。对SPWPM波形进行了数学推导,从理论上证明了其可行性。其次,根据高频隔离型光伏并网逆变器的数学模型和拓扑结构的工作特点,设计了含有翻转环节和电网电压前馈的闭环控制策略。对于新型拓扑结构中电流控制环相位静差引起并网电流过零点畸变问题,分别引入了相位补偿控制和比例谐振控制两种不同方式来解决,并建立了系统的仿真模型加以验证,随后给出了闭环控制系统的具体离散化实现方法。基于上述理论分析,本文设计了高频隔离型并网逆变器的硬件电路。结合主电路高频化以及SPWPM模式下的工作特点,完成了高频变压器、电感、电容等关键元件的参数设计和功率开关器件的选型,设计了基于数字信号处理器的控制系统,在绘制印制电路板的基础上搭建了并网逆变器系统。最后,对高频隔离型光伏并网逆变器系统进行硬件调试及实验验证,实现了并网逆变器在SPWPM模式下的并网电流数字闭环控制,并设计了安全的起动和停止逻辑。在分析并网电流实验波形过零点畸变的基础上,采用上述相位补偿控制对交流电流环控制器算法进行改进,实验结果验证了控制策略的有效性。

关键词：光伏发电并网逆变器高频隔离脉宽脉位调制相位补偿

高频隔离轻轨辅助变流器DC/DC变换器研究

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高频隔离轻轨辅助变流器DC/DC变换器研究

作者：姜磊西南交通大学

学位级别：硕士

近年来,我国城市轨道交通发展迅速,新一代的城市轨道交通系统运用了新技术、新理念,进而对城轨列车装备也提出了新的要求。作为城轨交通的一种,轻轨列车在我国近年来得到较高重视。辅助变流器是轻轨列车核心装备之一,相应的也成为一个... 详细信息

近年来,我国城市轨道交通发展迅速,新一代的城市轨道交通系统运用了新技术、新理念,进而对城轨列车装备也提出了新的要求。作为城轨交通的一种,轻轨列车在我国近年来得到较高重视。辅助变流器是轻轨列车核心装备之一,相应的也成为一个重要的研究方向。本文针对高频隔离DC/DC变换器进行研究,以期在减小轻轨辅助变流器体积的同时也能够保证较高的效率。本文叙述了几种隔离变换器电路拓扑结构,简要讨论了不同拓扑结构隔离变换器的特点。选用全桥移相变换器作为高频隔离DC/DC变换的拓扑结构,并对高频隔离DC/DC零电压移相全桥变换器工作机理进行分析,讨论了零电压移相全桥变换器的不同开关工作状态。结合轻轨辅助变流器的应用特点设计了高频隔离DC/DC移相全桥变换器的主电路参数。论文依据主电路参数建立了移相全桥变换器系统小信号模型,利用移相全桥变换器小信号模型得到了控制到输出电压传递函数Gvd(s)和控制到电感电流传递函数Gid(s)。研究输入电压、谐振电感、输出电流对有效占空比和零电压开关的影响,分析了谐振电感对系统阻尼和响应速度的影响,以及进行环路分析和设计。在Matlab/Simulink环境下建立了高频隔离DC/DC移相变换器仿真模型,对零电压移相变换器零电压开关情况、占空比丢失现象等进行了仿真分析,验证了移相变换器工作特性分析以及参数设计的正确性。有效占空比Deff会随着负载电流的增加以及谐振电感的增加而减少,Deff会随着输入电压的减小而减小。依据文章设计的主电路参数,搭建了高频隔离DC/DC变换器实验平台。控制芯片采用TI公司的UCD3020数字电源控制器。在此试验平台基础上验证了本文设计的高频隔离DC/DC零电压移相变换器能够在大于三分之一负载的情况下实现零电压开关。

关键词：辅助变流器高频隔离零电压开关轻轨车辆