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npc型直挂储能变流器桥臂断路故障下低电压穿越的容错控制

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南方电网技术 2024年第3期18卷 93-103页

作者：孙鹏赵晋斌潘超毛玲屈克庆上海电力大学上海200090

npc型直挂储能变流器长期运行可能发生桥臂断路故障造成设备停运以及影响低电压故障穿越,基于故障相与直流母线中点直连构成虚拟桥臂重构容错故障拓扑,提出了基于模型预测控制的桥臂容错低电压穿越控制策略。考虑重构后的容错拓扑结构... 详细信息

npc型直挂储能变流器长期运行可能发生桥臂断路故障造成设备停运以及影响低电压故障穿越,基于故障相与直流母线中点直连构成虚拟桥臂重构容错故障拓扑,提出了基于模型预测控制的桥臂容错低电压穿越控制策略。考虑重构后的容错拓扑结构降低了直流侧电压的利用率,研究分析了该容错结构进行低压穿越的最大输出电流整定方法。由于低电压穿越过程中电压跌落后的容错拓扑输出特性发生改变,对储能直挂容错结构的输出电流、电压进行模型预测矢量分析,推导出电压跌落与最大输出电流的关系式。在重构的空间电压矢量内选择能够支撑低电压穿越的矢量状态,控制储能变流器按照低电压穿越技术规范进行有功无功功率分配,支撑电网电压。仿真结果验证了所提出的控制策略保证容错拓扑结构可以在桥臂故障期间运行的有效性以及低电压穿越过程中提供无功功率支撑的可靠性。

关键词：低电压穿越模型预测控制容错控制三电平npc 储能变流器

基于傅里叶级数拟合实现的三电平SHEPWM

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电源学报 2021年第4期19卷 55-62页

作者：李颖川王琛琛董志强北京交通大学电气工程学院北京100044

在大功率场合,三电平中点箝位npc (neutral point clamped)型逆变器需运行在较低的开关频率,此时传统调制方式(载波调制和空间矢量调制)不再适用,需采用特定谐波消除脉宽调制SHEPWM(specific harmonic elimination pulse width modulati... 详细信息

在大功率场合,三电平中点箝位npc (neutral point clamped)型逆变器需运行在较低的开关频率,此时传统调制方式(载波调制和空间矢量调制)不再适用,需采用特定谐波消除脉宽调制SHEPWM(specific harmonic elimination pulse width modulation)等其他调制方式。主要研究应用于三电平npc的SHEPWM的实现方法,目前三电平SHEPWM的实现多采用多项式曲线拟合法,但当所需拟合的开关角曲线波动过大时,多项式曲线拟合法需进行分段拟合才可达到拟合精度的要求。为解决该问题,采用傅里叶级数拟合法来实现三电平SHEPWM的开关角曲线拟合。仿真结果表明,在满足拟合精度要求的同时,采用傅里叶级数拟合法,可降低曲线拟合的复杂性,且实现较为简便。最后,通过仿真及实验验证了傅里叶级数拟合法的可行性。

关键词：特定谐波消除三电平npc 傅里叶级数拟合法多项式曲线拟合法

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中压大功率电池测试设备的研制

中压大功率电池测试设备的研制

作者：王鑫北京交通大学

学位级别：硕士

锂离子电池因其能量密度高、重量轻、无污染、环保、充放电电压稳定及便于控制越来越被广泛使用。随着锂离子电池在大容量储能电站、城市轨道列车以及混合动力动车组等大功率场合的应用,电池电压等级不断提高,目前已达1500V等级。为了... 详细信息

锂离子电池因其能量密度高、重量轻、无污染、环保、充放电电压稳定及便于控制越来越被广泛使用。随着锂离子电池在大容量储能电站、城市轨道列车以及混合动力动车组等大功率场合的应用,电池电压等级不断提高,目前已达1500V等级。为了保证锂离子电池的可靠工作,需要定期对电池进行充放电保养、测试与维护,然而目前市场上的电池测试设备输出电压多为1000V以内,不能满足中高压场合的锂电池测试应用需求。本文以此为背景开展了研究工作,研制了一台额定功率300kW、额定输出电压1500V的电池测试设备样机。该中压大功率锂电池测试设备采用三电平拓扑结构,前级为npc三电平PWM整流器,后级为三电平非共地的双向DC-DC变换器。研究和开发工作围绕硬件参数设计、控制策略和控制系统实现及实验调试展开。在硬件设计方面,分析了前后级主电路的工作原理,通过仿真和计算设计了主电路参数,对设备主电路主要器件进行了选型设计。在系统控制策略方面,研究分析了网侧SVPWM调制方法,网侧npc电路的电网电压定向控制策略和电压电流双闭环控制策略以及电池侧双向DC-DC变换器的双闭环和单电流环控制策略,在MATLAB中搭建了双级联拓扑结构的仿真模型,验证了电池测试设备的恒压、恒流充放电测试功能,证明了相关控制策略的可行性。针对三电平电路中点电位不平衡问题,分析了双级联拓扑造成中点电位不平衡的原因,采用了对前后级电路分别进行中点电位控制的方法,并通过仿真和实验验证了对前后级电路分别控制的可行性。为了实现对电池测试设备的控制,设计的电池测试设备控制系统包括上位机、触摸屏、下位机三部分,重点开发了触摸屏和下位机控制程序,对各部分的功能进行了分析说明。最后对设计的300kW电池测试设备样机进行了实验调试,包括充放电实验和功率实验等,通过对实验波形和测试数据结果的分析,验证了控制策略和调制算法的可行性,证明了所设计的电池测试设备已基本达到了设计要求。

关键词：中压电池测试设备三电平npc 三电平DC-DC 中点平衡触摸屏下位机

低开关频率下三电平中点箝位型逆变器控制策略的研究

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低开关频率下三电平中点箝位型逆变器控制策略的研究

作者：李颖川北京交通大学

学位级别：硕士

三电平中点箝位型(Three-level Neutral Point Clamped,3L-npc)拓扑成熟地应用于电力机车牵引传动系统、柔性直流输电等中高压大功率场合中。而在机车牵引传动系统中,为降低功耗,需降低系统开关频率。此时,三电平npc多采用特定谐波消除... 详细信息

三电平中点箝位型(Three-level Neutral Point Clamped,3L-npc)拓扑成熟地应用于电力机车牵引传动系统、柔性直流输电等中高压大功率场合中。而在机车牵引传动系统中,为降低功耗,需降低系统开关频率。此时,三电平npc多采用特定谐波消除调制策略(Specific Harmonic Elimination Pulse Width Modulation,SHEPWM)。本文重点就三电平SHEPWM的初值问题、数字化实现方式及基于SHEPWM的三电平npc的自平衡特性和中点电压平衡控制等方面进行了深入的分析和研究。研究了应用于三电平npc的SHEPWM基本原理。基于SHEPWM非线性超越方程组求解的初值要求,通过对比分析不同初值公式的优缺点,选取出一组最优的初值公式,使其求解出的开关角轨迹波动小且可达到的最大调制比大。详细分析了SHEPWM常用的实现方式——多项式曲线拟合法的基本原理。针对多项式曲线拟合法拟合实现SHEPWM的开关角轨迹存在需分段拟合、需寻找最优分段点的缺点,提出了一种采用傅里叶级数对SHEPWM开关角轨迹曲线进行拟合实现的方法。通过基于傅里叶级数的拟合法拟合,可全调制比范围拟合实现SHEPWM的开关角轨迹,避免了多项式曲线拟合法的缺点。研究了基于SHEPWM的三电平npc自平衡特性及影响自平衡速率的因素。通过推导得出直流母线侧总电压、开关频率以及负载阻抗值影响着三电平npc的自平衡速率。在对输出电压谐波性能影响较小的基础上,研究了微调开关角的中点电压控制法进行三电平npc的中点电压控制。针对三电平npc的中点电压脉动问题,在分析3次谐波和中点电流之间的关系的基础上,计算出控制中点电压脉动的最优3次谐波含量值,即为最优3次谐波含量法。最优3次谐波含量法可抑制中点电压脉动,但可达到的最大调制比受限制。针对最优3次谐波含量法的问题,提出可达最大调制比的3次谐波含量法。该方法通过牺牲一定中点电压脉动的控制能力实现输出最大调制比的目标。搭建了Matlab/Simulink仿真模型和三电平npc实验平台,并通过仿真和实验验证了所提方法的有效性。

关键词：三电平npc 特定谐波消除法中点电压波动曲线拟合三次谐波

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高压SiC器件在FREEDM系统中的应用

电源学报 2016年第4期14卷 139-146页

作者：倪喜军南京工程学院电力工程学院南京211176

碳化硅SiC(silicon carbide)是目前最为成熟的宽禁带半导体材料之一,在高压、高温、高频等领域,碳化硅器件的研究和应用已成为当前的研究热点。针对碳化硅器件目前的生产使用状况,简述了与碳化硅主要生产商CREE紧密合作的FREEDM中心的... 详细信息

碳化硅SiC(silicon carbide)是目前最为成熟的宽禁带半导体材料之一,在高压、高温、高频等领域,碳化硅器件的研究和应用已成为当前的研究热点。针对碳化硅器件目前的生产使用状况,简述了与碳化硅主要生产商CREE紧密合作的FREEDM中心的研究情况,重点分析了高压SiC MOSFET,IGBT,ETO,JFET在SST(Solid State Transformer)和FID(Fault Isolation Device)中的应用。针对各类器件本身的特性,FREEDM中心有针对性的选择了相关应用领域,并开发了多代SST和FID的拓扑,许多重要的研究成果引领了全球高压SiC器件的研究趋势。

关键词：碳化硅SiC 固态变压器故障隔离装置三电平npc 软开关直流-直流变换器

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矿用高压变频器谐波抑制研究

煤炭技术 2018年第12期37卷 221-223页

作者：李兆平张红娟高妍郭凌龙田振东靳宝全太原理工大学电气与动力工程学院太原030024 山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司山西晋城048006 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室太原030024

采用十二脉波整流电路与二极管钳位式三电平(npc)逆变电路,设计了基于SPWM转差频率矢量控制策略,来抑制变频器引入的谐波干扰。通过搭建电路仿真模型.分析其高压变频器输入侧和输出侧的谐波特性。研究结果表明,所提实验方案可以有效地... 详细信息

采用十二脉波整流电路与二极管钳位式三电平(npc)逆变电路,设计了基于SPWM转差频率矢量控制策略,来抑制变频器引入的谐波干扰。通过搭建电路仿真模型.分析其高压变频器输入侧和输出侧的谐波特性。研究结果表明,所提实验方案可以有效地改善变频器对网侧和负·载侧的谐波影响,输入输出侧的畸变率可分别降为4.12%和0.72%,利于系统平稳运行。

关键词：高压变频器谐波特性十二脉波三电平npc