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基于电力电子变压器的优化级联多电平变换器矢量均压算法

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高电压技术 2020年第9期46卷 3257-3267页

作者：朱磊磊杨帆聂江霖林宏健舒泽亮柳明西南交通大学电气工程学院成都610000 武汉海王科技有限公司武汉430015

级联多电平变换器由于具有较好的灵活性与易模块化使得其在电力电子牵引变压器(power electronic traction transformer,PETT)系统中得到了广泛应用。而该变换器功率单元间电压不平衡是其亟待解决的问题。针对该问题,提出一种适应于多... 详细信息

级联多电平变换器由于具有较好的灵活性与易模块化使得其在电力电子牵引变压器(power electronic traction transformer,PETT)系统中得到了广泛应用。而该变换器功率单元间电压不平衡是其亟待解决的问题。针对该问题,提出一种适应于多电平变换器的空间矢量(space vector pulse width modulation,SVPWM)脉宽调制均压算法。算法以三功率单元级联变换器为例,首先构造级联变换器的矢量分布三维图并确定系统冗余矢量;其次,利用能量守恒原则以系统平均电压为基准,通过在每一时刻实时对比各个功率单元与平均电压的差异来决定下一时刻各功率单元输出电平变化趋势,且确保所变化数值最小。相比于传统矢量均压算法,所提算法不仅能均住各功率单元带不同工况负载时的直流电压,且确保功率单元的开关管动作次数与电压应力达到最小,使得开关损耗减少、系统效率与器件运行寿命提升,此外算法可计算且便于扩展。最后,通过Matlab/Simulink软件与小功率实验平台共同验证所提均压算法的正确性与可行性。

关键词：电力电子牵引变压器级联多电平变换器优化的电压均衡算法不同负载工况均压开关管动作次数与电压应力最小

T型H桥级联多电平变换器的改进型脉宽调制策略

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电力系统自动化 2016年第19期40卷 87-93页

作者：王跃赵文健胡耀威陈国柱浙江大学电气工程学院浙江省杭州市310027

针对T型H桥级联变换器的拓扑结构及其调制策略进行分析和研究,提出了基于载波移相脉宽调制(CPS-PWM)的改进型调制策略。以单极倍频CPS-PWM所得的虚拟五电平波形作为T型H桥的输出目标,结合T型H桥变换器输出不同电平时的开关模式,遵循"改... 详细信息

针对T型H桥级联变换器的拓扑结构及其调制策略进行分析和研究,提出了基于载波移相脉宽调制(CPS-PWM)的改进型调制策略。以单极倍频CPS-PWM所得的虚拟五电平波形作为T型H桥的输出目标,结合T型H桥变换器输出不同电平时的开关模式,遵循"改变最少个数开关管状态来实现输出电平改变"原则,逆向推导T型H桥变换器的PWM信号,并在此基础上给出基于T型H桥单元级联多电平变换器的调制策略。搭建了基于T型H桥级联的单相静止同步补偿器(STATCOM)样机,分析了T型H桥上、下电容均压策略,最后通过仿真和实验结果验证所提调制策略以及电容均压策略的正确性和可行性。

关键词： T型H桥级联多电平变换器虚拟五电平载波移相脉宽调制开关模式级联静止同步补偿器

基于级联多电平变换器的固态变压器冗余设计的容错控制研究

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电源学报 2019年第5期17卷 31-38页

作者：桑子夏郑旭颜炯王思聪杜治周思璇国网湖北省电力有限公司经济技术研究院

应用固态变压器的综合能源互联系统的可靠性与组成固态变压器的级联多电平变换器的可靠性紧密相关。冗余变换器模块的引入使得固态变压器具备了承受元件故障的能力,从而提高了固态变压器以及相关电网的可靠性。基于可用于综合能源系统... 详细信息

应用固态变压器的综合能源互联系统的可靠性与组成固态变压器的级联多电平变换器的可靠性紧密相关。冗余变换器模块的引入使得固态变压器具备了承受元件故障的能力,从而提高了固态变压器以及相关电网的可靠性。基于可用于综合能源系统以及主动配电网的固态变压器,提出了一种基于冗余子模块的容错控制策略。对几种冗余配置的容错控制策略以及运行原理进行对比研究,基于Saber仿真平台对由级联多电平变换器模块组成的单相九电平固态变压器进行建模,并对所提出的冗余子模块容错控制方法进行了仿真。其仿真结果证明所提出的冗余子模块容错控制策略可以减少故障引起的用户侧电力中断时间以及降低对固态变压器设备的损害。

关键词：主动配电网综合能源系统固态变压器级联多电平变换器冗余容错控制策略

级联多电平变换器CPSPWM可重构控制研究

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电气自动化 2015年第6期37卷 43-46页

作者：吕飞张松涛余凤豪吉哲海军蚌埠士官学校机电系安徽蚌埠233012

多电平变换装置的可靠性是衡量装置优劣的重要性能,级联多电平变换装置利用故障单元旁路技术可提高可靠性。分析了级联多电平变换装置的可重构途径,推导了中性点移位重构技术及计算参数的公式,提出了基于中性点移位的载波相移脉宽调制(C... 详细信息

多电平变换装置的可靠性是衡量装置优劣的重要性能,级联多电平变换装置利用故障单元旁路技术可提高可靠性。分析了级联多电平变换装置的可重构途径,推导了中性点移位重构技术及计算参数的公式,提出了基于中性点移位的载波相移脉宽调制(CPSPWM)方法,分别进行了三相级联11电平变换装置正常与单元故障时CPSPWM可重构控制仿真。仿真结果验证了控制策略的正确性。

关键词：级联多电平变换器可靠性可重构中性点移位载波相移脉宽调制

一种新型基于级联多电平变换器的储能系统研究

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一种新型基于级联多电平变换器的储能系统研究

作者：赵辉东南大学

学位级别：硕士

大力发展风能太阳能等可再生能源,减少温室气体排放,建设环境友好型国家对我国的国家能源安全、环境改善、经济的可持续发展等具有非常重要的战略意义。与此同时,储能系统由于其能够灵活快速地调整有功／无功功率的吞吐、平抑负荷波动... 详细信息

大力发展风能太阳能等可再生能源,减少温室气体排放,建设环境友好型国家对我国的国家能源安全、环境改善、经济的可持续发展等具有非常重要的战略意义。与此同时,储能系统由于其能够灵活快速地调整有功／无功功率的吞吐、平抑负荷波动、提高电能质量等一系列优点,也得到了广泛关注和研究。相对的,储能系统直流侧电压/SOC均衡控制这一关乎储能系统运行质量的重要问题便显得日益重要。特别是链式储能系统,由于其具有结构简单且容易重构、等效输出电压高、等效开关频率高和输出电能质量好等一系列显著优点,而逐渐成为大容量储能系统中的研究热点。然而,链式储能系统高质量运行的关键在于系统充放电时直流侧各储能单元之间的能量均衡(如各蓄电池组间的荷电状态(SOC)的均衡)。本文首先在综合分析了各种多电平变换器调制策略的基础上,针对链式储能系统的均衡控制提出了一种基于辅助功率环的单相级联多电平储能系统,并提出了一种适合于该拓扑的双频载波移相PWM调制方法。通过该辅助功率环和双频载波移相PWM调制方法,提出了可以有效实现级联多电平储能系统直流侧各储能单元之间功率交换的调控机制。此外,文中还详细论述了系统输出滤波器和辅助功率环中调谐滤波器的设计方法。论文对基于辅助功率环的级联多电平储能系统的拓扑及其蓄电池SOC均衡控制方法进行了MATLAB/SIMULINK仿真分析,同时以蓄电池为储能元件,建立了一个由三个H桥模块级联而成的1kW单相蓄电池储能系统实验平台。仿真和实验结果验证了双频载波移相PWM调制方法及功率交换机制的可行性以及理论分析的正确性。

关键词：级联多电平变换器储能系统辅助功率环功率交换 SOC均衡

基于多源接入的级联多电平变换器多模式解耦控制研究

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基于多源接入的级联多电平变换器多模式解耦控制研究

作者：陆一言南京理工大学

学位级别：硕士

为响应国家“双碳”目标,可再生能源发电以及储能技术已成为目前的研究热点。级联多电平变换器具有容量大、谐波小等优势,被广泛应用于中高压大功率微电网系统中。同时,级联多电平变换器各个链节单元相互独立,可以接入多种类型的直流电... 详细信息

为响应国家“双碳”目标,可再生能源发电以及储能技术已成为目前的研究热点。级联多电平变换器具有容量大、谐波小等优势,被广泛应用于中高压大功率微电网系统中。同时,级联多电平变换器各个链节单元相互独立,可以接入多种类型的直流电源,实现集成度与效率的提升并降低设备成本。利用多源接入的级联多电平变换器,能够形成离网光储系统,实现孤岛运行时光伏波动的就地消纳;也能够形成并网混合储能系统,综合发挥多种储能元件的优势,提高储能系统支撑电网的能力。然而,为实现系统多重控制目标以最大化利用不同类型直流源的优势,多模式运行策略及相应的解耦控制方法是多源接入级联多电平变换器目前的主要技术难点。因此,本文分别以离网级联光储系统与并网级联混合储能系统为研究对象,针对其多模式解耦控制策略展开研究。首先,研究了级联多电平变换器的基本原理。通过分析传统单一类型直流源接入级联多电平变换器的控制方法和调制策略,解决了级联多电平变换器中的共性问题,为后文分析多源接入级联多电平变换器的多模式运行策略及解耦控制技术奠定基础。其次,针对离网级联光储系统展开研究。为实现系统全天候稳定运行,提出了离网级联光储系统的多模式运行策略;利用链节单元间的“主-辅”关系,为系统设计了混合调制策略;根据混合调制策略下各链节单元的控制目标,提出了离网级联光储系统的多源解耦控制方法,实现了光伏最大功率点跟踪、输出波动平抑、谐波消除以及辅助电容稳压。所提离网级联光储基于混合调制的多模式解耦控制在降低系统开关损耗、提高系统电压利用率的基础上解决了系统昼夜连续运行问题。此外,针对并网级联混合储能系统展开研究。根据储能电池与超级电容的不同特性提出了并网级联混合储能系统的多模式运行策略;建立混合储能系统矢量模型,计算出各工作模式下的功率输出范围,为设计调度指令提供依据;利用分层控制理论,提出了并网混合储能系统的多源解耦控制方法,通过上层输出功率控制与下层功率分配控制的配合,实现了不同模式下功率的精确分配以及模式间的无缝切换。所提并网级联混合储能基于分层架构的多模式解耦控制充分利用了系统中不同储能装置的优势,提高了储能系统快速主动支撑电网的能力。最后,通过硬件在环实验平台,分别对所提离网级联光储基于混合调制的多模式解耦控制与并网级联混合储能基于分层架构的多模式解耦控制进行实验验证,证明了所提多模式运行策略及解耦控制方法的有效性。

关键词：级联多电平变换器多源接入多模式运行策略解耦控制

基于45°坐标的H桥级联多电平变换器移相空间矢量调制算法

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南昌工程学院学报 2020年第1期39卷 66-73页

作者：王翠朱能飞刘逸卓南昌工程学院机械与电气工程学院江西南昌330099

随着级联模块数的增加,空间矢量调制算法实现困难制约了其在高压大容量变换器中的推广应用。针对这一问题,提出基于45°坐标移相空间矢量调制算法,实现对H桥级联的多电平变换器进行控制。45°坐标系上的基本矢量位于单位整数坐标点,且相... 详细信息

随着级联模块数的增加,空间矢量调制算法实现困难制约了其在高压大容量变换器中的推广应用。针对这一问题,提出基于45°坐标移相空间矢量调制算法,实现对H桥级联的多电平变换器进行控制。45°坐标系上的基本矢量位于单位整数坐标点,且相邻3个基本矢量组成的扇区三角形为等腰直角三角形,简化了参考矢量的定位及基本矢量作用时间计算;由于避免了多电平SVM算法中大量冗余开关状态矢量的计算,该算法很容易扩展应用于任意电平的H桥级联多电平变换器;与载波移相调制算法相比,移相空间矢量调制算法提高了直流电压的利用率,且比载波移相调制算法更有利于数字实现。最后,通过仿真和实验验证了本文提出的算法的正确性。

关键词：级联多电平变换器 H桥空间矢量调制移相

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基于部分单元能量回馈的级联多电平变换器

基于部分单元能量回馈的级联多电平变换器

基于综合能源系统的固态变压器中开关器件故障特性分析与诊断

第七届中国高校电力电子与电力传动学术年会

作者：熊兰刘飞宫金武查晓明武汉大学电气工程学院

本文提出一种部分单元带有能量回馈功能的级联多电平变换器拓扑及其控制策略,能改善V/F控制方法的调速性能,实现能量的双向流动。将部分功率单元的不控整流桥替换为PWM整流器。变换器的输出侧以V/F控制为基础,对带有能量回馈功能的单元... 详细信息

本文提出一种部分单元带有能量回馈功能的级联多电平变换器拓扑及其控制策略,能改善V/F控制方法的调速性能,实现能量的双向流动。将部分功率单元的不控整流桥替换为PWM整流器。变换器的输出侧以V/F控制为基础,对带有能量回馈功能的单元和普通单元采用不同但简单的控制方法,使得制动过程中感应电机的再生能量全部被能量回馈单元吸收,而普通单元直流电压保持稳定。以六单元级联带有三个回馈单元的变换器为例进行了分析,仿真结果验证了它能够实现再生能量的回馈,且比传统级联型变换器具有更好调速性能。与全部单元能量回馈的变换器相比具有相同的节能效果,但成本更低。

关键词：级联多电平变换器部分单元能量回馈 PWM整流器拓扑结构

来源： cnki会议评论

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电工技术学报 2021年第S1期36卷 231-240页

作者：桑子夏郑旭方仍存杨东俊杜治国网湖北省电力有限公司经济技术研究院武汉430077 国家电网公司水火电资源优化配置与仿真技术实验室武汉430077

综合能源系统是主动配电网实现能量综合管理的重要手段与工具,其可靠性与该系统中大量应用的固态变压器的可靠性直接相关。该文针对配电网固态变压器的输入级、中间级和输出级中开关器件开路故障和短路故障开展研究,并对其故障后电压和... 详细信息

综合能源系统是主动配电网实现能量综合管理的重要手段与工具,其可靠性与该系统中大量应用的固态变压器的可靠性直接相关。该文针对配电网固态变压器的输入级、中间级和输出级中开关器件开路故障和短路故障开展研究,并对其故障后电压和电流畸变进行分析。以配电网固态变压器中由级联多电平变换器组成的输入级、中间级和输出级的基本工作原理及运行方式为基础,研究了其开关器件在各个故障下电压和电流的畸变,并总结其故障机理和故障特性,通过建立特定波形畸变和故障点位置与类型之间的关系,辨识开关器件故障的位置与种类。最后通过仿真对故障特性进行了验证,并提出了基于故障机理和故障特性的开关器件故障诊断方法。

关键词：综合能源系统固态变压器级联多电平变换器开路故障短路故障故障特性