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基于矩阵式直接交-交变换阀组的混联式快速无级调压移相器

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电力系统自动化 2024年

作者：王楚扬董萱林金娇王新颖张犁河海大学能源与电气学院国网江苏省电力有限公司电力科学研究院

统一潮流控制器可以快速高精度地调节电网潮流，但投运成本较高，而移相器造价低廉却无法实现连续调节，补偿精度不高，且切换电压级数时会产生较高冲击。文中改进移相器中的晶闸管阀组，推衍出一种基于两电平矩阵式直接交-交变换拓扑... 详细信息

统一潮流控制器可以快速高精度地调节电网潮流，但投运成本较高，而移相器造价低廉却无法实现连续调节，补偿精度不高，且切换电压级数时会产生较高冲击。文中改进移相器中的晶闸管阀组，推衍出一种基于两电平矩阵式直接交-交变换拓扑的绝缘栅双极晶体管（IGBT）-晶闸管混合阀组，在不使用电解电容和电抗器的前提下，利用全控器件实现无级高精度调压，利用晶闸管实现阀组极性反转。然后，提出基于该阀组的混联式快速无级调压移相器，在保留传统晶闸管移相器主体结构的同时，在每相增加IGBT-晶闸管混合阀组，通过混合阀组与普通阀组的协同运行实现移相器工况的毫秒级快速调节。此外，提出阀组驱动附加尖峰抑制策略避免阀组切换时的电压、电流冲击。最后，仿真验证了所提移相器的实用性。

关键词：潮流控制移相器拓扑优化矩阵变换交-交变换无级调压晶闸管阀组混联阀组尖峰抑制

基于开关电容与双降压变换器的新型三相AC-AC变换器

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基于开关电容与双降压变换器的新型三相AC-AC变换器

作者：李辉东北电力大学

学位级别：硕士

配电网自耦变压器作为调节电网与用电设备电压,实现两者之间电压匹配的关键设备被广泛应用于住宅、工业系统等领域,并且伴随配电网增容以及电力负荷的多样化,自耦变压器占比提高。作为传统电磁式变压器,其结构简单、效率高、经济性好;... 详细信息

配电网自耦变压器作为调节电网与用电设备电压,实现两者之间电压匹配的关键设备被广泛应用于住宅、工业系统等领域,并且伴随配电网增容以及电力负荷的多样化,自耦变压器占比提高。作为传统电磁式变压器,其结构简单、效率高、经济性好;但是铁心体积大、可控性差,已不能满足电网转型对电气设备智能化水平的要求。电力电子技术的兴起给为解决这类问题提供了契机,研究传统自耦变压器的电力电子化替代品具有较大应用价值。考虑到开关电容变换器(Switched Capacitor Converter,SCC)在AC-AC固定频率电能变换领域所呈现的优势,本文提出一种基于开关电容(Switched-Capacitor,SC)与双降压变换器(Dual-Buck converter,DBC)的新型三相AC-AC变换器(SCDB-AC)来替代配电网传统自耦变压器。该变换器基于两部分电路工作特性进行组合,继承了SCC高降压比和易于模块化拓展等优点,并且利用后级电路实现了输出电压线性调节,调压范围不受SCC运行效率的限制;能够采用简单的控制策略保证三相输出电压稳定,无需引入锁相环。此外,两部分功率开关管均为两象限开关管(Two-Quadrant Switches,TQS),减少了电路开关管数量且不存在换流问题。本文具体工作如下:首先,详细介绍了所提出新型三相AC-AC变换器(SCDB-AC)拓扑结构及工作原理,通过双级式功率变换与无死区控制的设计与应用,实现输出电压柔性调节;推导了变换器输出增益表达式以及考虑寄生参数时的等效电路模型,并详细说明了模型电路参数特点;给出变换器控制策略,对框图中的电压检测方法以及控制回路两部分分别展开说明。其次,探讨了变换器主电路关键参数设计方法;通过与几种结构对比清晰地反映变换器优点;探讨了变换器环流以及输入电流畸变问题并给出相应的改善方案。最后结合变换器两种典型应用场景分别搭建输入电压等级380V,功率等级为3.5k W实验样机;以及输入电压5k V,功率等级为10k W-20k W的仿真电路验证了所提拓扑结构的正确性和可行性。

关键词：配电网开关电容变换器双降压变换器三相交-交变换

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变比为2的升压型开关电容变换器研究

中国电机工程学报 2017年第10期37卷 2963-2970页

作者：蔡慧包莅庭张子省由甲川中国计量大学机电工程学院浙江省杭州市310018

研究一种变比为2的升压型开关电容变换器。该变换器基于开关电容原理,不含磁性元件,具有体积小、重量轻和功率密度高的特点。开关元件的脉宽调制控制驱动方式和电路拓扑简单。给出了升压型变换器的工作过程和控制驱动方式,在考虑寄生参... 详细信息

研究一种变比为2的升压型开关电容变换器。该变换器基于开关电容原理,不含磁性元件,具有体积小、重量轻和功率密度高的特点。开关元件的脉宽调制控制驱动方式和电路拓扑简单。给出了升压型变换器的工作过程和控制驱动方式,在考虑寄生参数的情况下,针对开关电容变换器提出一种新的分析方法,通过暂态建模,得到变换器等效内阻的数学模型和稳态变比的解析分析;给出变换器性能与电路参数之间的函数关系和变换器设计原则;根据得到的设计原则进行了变换器参数设计。相关的实验结果表明了理论分析的正确性。

关键词：开关电容变换器升压变换器交-交变换暂态分析

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Buck型AC/AC直接变换器

电工技术学报 2007年第8期22卷 73-76页

作者：洪峰孙刚王慧贞严仰光南京航空航天大学航空电源重点实验室南京210016

新颖Buck型AC/AC直接变换器使用了较少的功率器件实现单级功率变换和能量双向流动,利于提高变换器的功率密度和变换效率。本文给出了其工作模态和工作原理的详细分析,讨论了该变换器的两种PWM调制策略,并指出第二种调制策略可降低开关... 详细信息

新颖Buck型AC/AC直接变换器使用了较少的功率器件实现单级功率变换和能量双向流动,利于提高变换器的功率密度和变换效率。本文给出了其工作模态和工作原理的详细分析,讨论了该变换器的两种PWM调制策略,并指出第二种调制策略可降低开关损耗。采用滞环电流控制的Buck型AC/AC直接变换器可对输入电压畸变进行有效抑制,保持输出电压高度正弦。仿真和实验验证了理论分析的正确性。

关键词：交-交变换斩波器 Buck型AC/AC

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双Buck双向交流斩波器

中国电机工程学报 2008年第18期28卷 18-22页

作者：洪峰孙刚蔡兆奇王慧贞严仰光南京航空航天大学自动化学院江苏省南京市210016

提出一种新颖的双降压式交流斩波器。传统交流斩波器换流时必须遵循严格的换流次序,存在换流时器件电压尖峰过高的问题;一般采用等占空比调制,对交流系统已有的谐波畸变没有任何抑制能力。双降压式交流斩波器可实现AC/AC直接降压变换,... 详细信息

提出一种新颖的双降压式交流斩波器。传统交流斩波器换流时必须遵循严格的换流次序,存在换流时器件电压尖峰过高的问题;一般采用等占空比调制,对交流系统已有的谐波畸变没有任何抑制能力。双降压式交流斩波器可实现AC/AC直接降压变换,或反方向的AC/AC直接升压变换。采用电流单向开关和半周工作方式,结构简单、所需器件较少;由于电路结构的内在特点,无桥臂直通的可能,功率器件可同时导通,从根本上消除了换流电压尖峰;采用滞环电流控制方案的双降压交流斩波器具有良好迅速的输出电能瞬态调节能力,可得到高质量的输出电压波形。试验验证了以上分析的正确性。

关键词：交-交变换斩波器双向

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交—交开关电容变换器建模方法研究

交—交开关电容变换器建模方法研究

作者：包莅庭中国计量大学

学位级别：硕士

随着21世纪人类进入全球信息化时代,以开关变换器为电源装置的电子设备在人类社会中占据了越来越重要的地位。在开关变换器小型化的大背景下,开关电容变换器作为典型的无磁变换器,因其仅由电容和功率开关组成,具有体积小、重量轻、效率... 详细信息

随着21世纪人类进入全球信息化时代,以开关变换器为电源装置的电子设备在人类社会中占据了越来越重要的地位。在开关变换器小型化的大背景下,开关电容变换器作为典型的无磁变换器,因其仅由电容和功率开关组成,具有体积小、重量轻、效率高、功率密度大和电磁干扰少等优点,且电容相对于电感更易于集成,在可穿戴设备、车载能源和新能源发电等新兴领域有了一席之地;近年来从小功率应用发展到大功率等级变换,其应用前景十分广阔。由于开关电容变换器的工作状态呈现非线性特性,其建模具有一定的特殊性和复杂性。早期的建模方法如状态空间平均法通过理想化处理将开关电容变换器转变为线性系统,并可使用经典控制理论进行控制补偿环节的设计,模型中忽略了开关频率这一重要参数,与实际电路相差很大,在应用中具有较大的局限性和针对性。近年来,国内外的研究人员针对开关电容变换器的建模取得了一定的成果,提出了很多不同的分析方法,但是也有各自的不足之处。本文在分析总结过往建模方法的基础上,提出一种暂态分析建模法。以变比为2和变比为3的升压型开关电容变换器为主要研究对象,从暂态工作过程推导出稳态电压变比从而建立其数学模型,研究变换器电路参数对变换器性能的影响;基于该模型构建变换器的等效电路,对变换器进行稳态参数分析和效率分析;基于该模型研究变换器在不同工作模式下的暂态过程,并进行器件应力分析。软件的仿真结果和样机的实验结果证明暂态分析建模法相对于过往的建模方法更加精确,能够较为全面地反映变换器的特性。

关键词：交-交变换开关电容变换器电压变换建模暂态分析

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开关电容变换器升压电路的研究

开关电容变换器升压电路的研究

作者：张子省中国计量大学

学位级别：硕士

开关电容电路一直以来是电力电子研究的热门领域。本文首先以2种开关电容2倍升压电路——对称型升压电路和非对称型升压电路作为重点研究对象。从2种不同的升压电路的工作原理分析开始,继而给出2种升压电路在一个开关周期内的瞬态输出... 详细信息

开关电容电路一直以来是电力电子研究的热门领域。本文首先以2种开关电容2倍升压电路——对称型升压电路和非对称型升压电路作为重点研究对象。从2种不同的升压电路的工作原理分析开始,继而给出2种升压电路在一个开关周期内的瞬态输出电压表达式;并用理论输出电压波形与仿真输出电压波形对比,从而验证原理分析的正确性。本文给出了两种不同接法的等效电路,推导出其等效内阻公式,并比较了两种电路增益和效率;对称型升压电路仅改变了输入输出位置效率提升了4%,进而得出了具有更好性能的结论。开关电容升压电路的等效内阻是决定电路升压效率以及带负载能力的重要因素。本文以开关电容电路的等效内阻公式作为依据,采用方差分析的方法,按开关频率、电容容值和MOSFET通态电阻三个因素对其进行研究,得出通态电阻影响最大的结论。本文讨论的开关电容升压电路不仅可以在实现交流-交流变换,还可以实现直流-直流变换,通过进一步研究,发现这种电路还可以用于各种常用波形例如三角波、矩形波和梯形波的变换。本文利用一台脉冲电源作为输入验证了开关电容电路可以实现多种波形变换,并且论述了开关电容电路多种波形变换的局限并给出了解决方法。最后,本文进一步提出了一种基于开关电容升压电路的新型三角波发生器。这种三角波发生器无需运放、反馈电路,产生的三角波频率和幅值可调。文中给出了这种开关电容三角波发生器的拓扑结构,对其工作原理进行了理论分析,从中得出了输出三角波峰-峰值、峰值和谷值与电路参数之间的关系。然后利用最小二乘法分析了输出三角波线性度和对称度与电路参数的关系,进而给出了一种输出任意参数三角波的参数设计方法并进行了实验来验证这种参数设计方法的可行性。

关键词：交-交变换开关电容电路升压多种波形变换三角波发生器

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Zeta式多电平交—交直接变换器研究

Zeta式多电平交—交直接变换器研究

作者：仲庆龙南京理工大学

学位级别：硕士

目前国内外对多电平技术在AC/AC直接变换中的应用研究很少,尚处于学术前沿性研究阶段。本论文研究了Zeta式多电平交-交直接变换器。从拓扑结构、工作原理、控制策略及稳态工作特性、电压频谱结构、仿真验证与优化、原理样机设计及试验... 详细信息

目前国内外对多电平技术在AC/AC直接变换中的应用研究很少,尚处于学术前沿性研究阶段。本论文研究了Zeta式多电平交-交直接变换器。从拓扑结构、工作原理、控制策略及稳态工作特性、电压频谱结构、仿真验证与优化、原理样机设计及试验几方面系统地研究了Zeta式三电平交-交直接变换器,并研制了500VA原理样机。本文首先介绍了AC/AC变换技术、多电平技术及其在AC/AC变换中的应用情况。然后分别从三电平功率单元的提取思想和多电平技术的目的出发,提出了Zeta式多电平交-交直接变换器的拓扑结构:Zeta式四电平和Zeta式三电平。相比非隔离式和低频、中频隔离式交-直-交型多电平AC/AC变换器,其实现了单级变换,相比非隔离式Buck三电平交-交变换器,其可实现升降压变换。主体部分系统研究了Zeta式三电平交-交直接变换器,提出了非互补控制策略,对比分析互补控制策略,详细阐述了非互补控制如何提高变换器的可靠性,可有效防止模式切换时发生共态关断现象,同时又不会发生共态导通现象。系统地分析了变换器的稳态工作特性,电感电流、电容电压纹波系数。又对比分析了Zeta式三电平、两电平Buck和Cuk交-交变换器的电压频谱结构,证明了三电平技术改善了变换器频谱结构,可减小滤波器的体积和重量,提高输出波形质量。还用仿真对理论分析进行验证,同时为原理样机的参数设计提供优化。最后给出原理样机在三种不同负载下的试验波形及结果。本文最后还对多电平技术在交-交变换器中的应用进行了总结和展望。

关键词： Zeta式多电平交-交变换非互补控制双向功率流频谱结构

带负荷观测器的交-交变频同步电动机矢量调速系统的动态性能分析

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天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2000年第6期33卷 772-775页

作者：蔡昆许镇琳许勇马小亮天津大学电气自动化与能源工程学院天津300072 天津电气传动设计研究所天津300180

交 -交变频同步电动机矢量控制常用于像连轧机一类的调速系统 ,此类系统对动态性能有较高的要求 .本文分析了基于负荷观测器的负载扰动前馈控制对该系统动态性能的改善作用 ,并建立了一套仿真软件包。

关键词：同步电动机负荷观测器前馈控制矢量调速系统交-交变换动态性能