教学课程资源库 更多>>

关键词： 级联H桥型电力电子变压器(CHB-PET)   双有源桥(DAB)   死区效应   平均值模型   频域分析  

摘要： 随着传统能源的日益枯竭,风能、太阳能等可再生能源的开发利用越来越受到重视。直流配电网为分布式能源并网提供了新的途径,符合未来能源互联网的架构理念。电力电子变压器(power electronic transformer,PET)为直流配电网连接分布式电源与主网不可或缺的接口电路,可有效提高能源利用率和电能质量。然而,模块间连接方式复杂和仿真步长较小等因素导致其仿真效率较低。与此同时,随着高频变压器频率的不断提高,死区效应的影响越来越显著。因此,有必要深入研究PET高效精确的建模方法,并将死区效应的作用机理纳入等效建模的考虑范畴。针对上述问题,论文的主要研究工作如下:首先,从双有源桥(dual active bridge,DAB)变换器出发,考虑寄生参数并将其简化为一阶RL等效电路,根据电压电流的波形特性将DAB的工作状态分类为多个死区模式,推导各模式下流入、流出全桥电流的解析式,建立一种能反应死区效应和寄生损耗的传输功率模型。并由此分析考虑死区效应后DAB变换器软开关特性的变化,为电路参数的设计提供初步参考。其次,针对级联H桥型双有源桥结构PET(cascaded H-bridge type PET,CHB-PET),提出一种考虑死区效应的降阶平均值模型。具体而言,针对DAB单元,通过等效电流源代替全桥及高频变压器实现降阶平均值建模。针对H桥整流单元,基于状态空间平均法,通过占空比将各工况整合为一个统一的模型,进而使用等效受控源代替H桥整流单元与交流电网、DAB的接口电路。然后,建立输入串联输出并联型(input series output parallel,ISOP)CHB-PET平均值模型。并在PSCAD/EMTDC仿真软件上验证了所提出的模型具有较高的精度和运行效率。最后,基于线性化和泰勒级数方法,提出一种CHB-PET小信号模型,并由此推导出传递函数与闭环输出阻抗的解析表达式,在PSCAD/EMTDC仿真软件上验证了模型在频域下具有较高的精度。从寄生参数和电气参数两个维度,对闭环输出阻抗的影响因素进行分析,为PET并网后的稳定性分析和控制器参数设置奠定基础。

关键词： 电力电子变压器   混合储能   DC/DC变换器   恶劣工况  

摘要： 电力电子变压器不但拥有基本的电压等级变换和电气隔离的功能,而且能方便各种分布式电源及储能装置接入,有望成为未来构建智能电网的重要设备。针对电力电子变压器难以应对电网中存在的电压中断、电压跌落/骤升的问题,提出将混合储能装置应用于电力电子变压器中,利用混合储能装置的充放电来稳定电力电子变压器低压直流母线电压,使得电力电子变压器能够有效应对电网恶劣工况。首先,通过对电网中影响电能质量的工况进行分析,选取具备改善电能质量能力的三相四线制电力电子变压器作为研究对象。分别对混合储能装置中蓄电池和超级电容的充放电特性进行分析,利用这两种储能元件特性上的互补,来平抑电网出现恶劣工况下低压直流母线的电压波动。结合常见的混合储能电路结构,提出采用一种高增益的双向DC/DC变换器与蓄电池和超级电容构成有源式电路结构,接于电力电子变压器的低压直流母线处,以更好地应对电网恶劣工况。其次,对所采用的电力电子变压器各级变换器提出相应控制策略,并对各级变换器在所提控制策略下的性能进行仿真分析。为使混合储能装置中蓄电池和超级电容能够进行充放电配合,以应对电网中的恶劣工况,稳定电力电子变压器低压直流母线电压,对混合储能装置设计了9种工作模式。并根据电网实际的恶劣工况,对混合储能装置的容量进行配置。最后,对带混合储能装置的电力电子变压器的主电路及控制系统进行设计,并对所设计的电力电子变压器进行了仿真实验。分别对电力电子变压器在电网电压跌落、骤升、中断等工况条件下,进行了带混合储能装置和不带混合储能装置两种情况下仿真对比,仿真实验结果显示,带混合储能装置的电力电子变压器可保持低压直流母线电压稳定,使得输出端三相电压波形完整。因此,该带混合储能装置的电力电子变压器在应对电网恶劣工况方面具有一定的实用价值。图[92]表[2]参[82]

关键词： 模块化电力电子变换器   参数辨识   李雅普诺夫   双尺度卷积神经网络  

摘要： 随着新型存储系统、电力电子拓扑和高性能数字处理器以及其他技术进步的发展为模块化电力电子变换器带来了新的机遇。模块化电力电子变换器在各个行业的应用越来越多,然而模块化电力电子变换器常会受到高电磁应力和高温应力的影响,随着长时间的积累,导致功率变换器中的元器件出现参数漂移和性能下降,引发参数性故障,甚至带来严重后果。因此为了提高系统可靠性、可用性和安全性,对模块化电力电子变换器进行参数辨识,能够监视器件的健康状态,从而预防故障和及时维修。 本文主要研究了模块化电力电子变换器的参数辨识方法,具体研究内容包括: (1)分析模块化电力电子变换器中关键元器件的失效机理,通过这些机理确定了器件的退化特征参数和失效范围,并建立了非理想等效电路模型。 (2)研究了基于李雅普诺夫理论的并联逆变器关键元器件参数辨识方法。利用反推思想,采用李雅普诺夫函数结合并联逆变器的状态空间方程建立参数自适应模型。仿真和实验结果表明该模型能够实时在线准确地辨识并联逆变器系统中的电感器和电容器参数。 (3)研究了基于双尺度卷积神经网络的T型级联交直交变换器直流母线电容参数辨识方法。电容器的低频段和中频段阻抗特性分别由C和ESR主导,为了同时辨识C和ESR,传统的卷积神经网络只有单尺度的卷积核,提取多特征信息的能力相对较弱,因此提出双尺度卷积神经网络,通过不同尺度的卷积核提取电容纹波的不同频段特征,进而辨识出电容器的C和ESR。结合系统仿真和实验验证了该方法的有效性。

关键词： 电力电子变压器   混合频率变换   效率优化策略   软开关   电流应力   回流功率  

摘要： 混合频率变换电力电子变压器(Mixed Frequency Conversion Power Electronic Transformer,MF-PET)相较传统的级联 H 桥(Cascaded H-bridge,CHB)型或模块化多电平(Modular Multilevel Converter,MMC)型PET在开关器件、电容、高频变压器(High Frequency Transformer,HFT)使用数量方面具有明显优势,在交直流混合配电网中具有较大的应用潜力。但MF-PET在现有单极性PWM调制下存在软开关实现较困难、网侧谐波含量较高、通态损耗较大以及难以实现全功率范围高效率运行等问题。本文研究了 MF-PET基于载波移相调制的零电压开关(Zero-Voltage-Switching,ZVS)工作模式;并基于ZVS工作模式,进行了相关电流应力优化策略研究。在此基础上,提出了在不同功率段分别采用ZVS优化、基于ZVS的电流应力优化以及考虑回流功率的电流应力优化的策略,具体研究内容如下:首先,研究了 MF-PET基于载波移相调制的软开关工作模式,建立了能实现MF-PET高、低压侧所有功率开关管ZVS的高频等效模型,推导了高频等效拓扑中高频电流和总电感值的计算方法,分析了软开关工作模式中高频等效拓扑的工作模态,并给出了拐点电流表达式。基于拐点电流得出了开关器件ZVS开通的约束条件,进而分析了软开关工作范围。仿真分析表明,与传统的单极性PWM调制软开关工作模式相比,采用本文提出的MF-PET基于载波移相调制的软开工作模式,能进一步减少MF-PET交流电网侧谐波含量、扩大软开关范围并具有较好的动态响应特性。其次,提出了一种基于ZVS的电流应力优化策略,抑制了 MF-PET软开关工作模式下的电流应力,有利于进一步提升PET的效率。在该优化策略下传输功率和控制量成正比,降低了等效拓扑的控制复杂度。对高频等效拓扑的工作模式进行划分,得出了新模式下拐点电流、电流应力、传输功率的表达式以及开关管ZVS约束条件;并以每种模式下电流应力为目标函数,构建拉格朗日函数求解电流应力最小化的最优控制变量组合。仿真结果表明,在最优控制变量组合下,所提的优化策略能在软开关范围内实现最小电流应力,且相较单极性PWM软开关工作模式,能实现ZVS的同时还有效降低了软开关工作模式中电流应力的大小。然后,综合考虑了 MF-PET软开关工作模式下的电流应力和回流功率问题,提出了一种考虑回流功率的电流应力优化策略。根据该优化策略和基于ZVS的电流应力优化策略的电流应力和回流功率表达式,得出了两种电流应力优化策略下的电流应力比和回流功率比,证明了考虑回流功率的电流应力优化策略相较基于ZVS的应力优化策略,不仅可抑制电流应力大小,还可大幅降低回流功率。仿真结果表明,考虑回流功率的电流应力优化策略能够降低MF-PET的回流功率,甚至在特定工况下可以消除回流功率。最后,根据所提优化策略能实现ZVS的功率范围,提出了一种多目标优化策略,在保证MF-PET软开关的同时实现电流应力和回流功率的双重优化,使得MF-PET在全功率范围内均具有较高的运行效率。

关键词： 智能电网技术   电力系统   电力技术   智能科技  

摘要： 本文以智能电力系统中的电力电子技术应用作为主要研究方向，首先简要概述了电力电子技术在智能电力系统中应用的意义，然后分析了智能化电力系统的运行特点，并对推动电力系统智能化管理的主要电力电子技术展开深入分析。在新时代智能电力系统中，合理应用新型电力电子技术，能够对电力系统的智能化控制与规范化管理起到良好的推动作用。与此同时，神经网络、模糊控制与遗传算法等新兴技术在与电力电子技术融合的过程中，能够推进电力系统的智能化发展进程。

关键词： 负荷建模   电力电子负荷群   等值负荷模型   电压曲线特征点   参数辨识方法  

摘要： 电力系统负荷模型用于描述负荷功率与电压之间的关系,是电力系统仿真分析中的重要部分,其准确性对于仿真计算结果有着不同程度的影响。一方面,随着电力电子装置的大规模接入电网,电力系统负荷呈现出明显的“电力电子化”趋势,所展现出的负荷特性与传统负荷差异较大,传统综合负荷模型结构及参数无法适用于现代电网。另一方面,随着暂态录波装置的大规模应用,电力系统中积累了大量可用于负荷模型参数辨识的暂态录波数据,但传统总体测辨法存在计算时间长、计算量大的问题,难以适用于电网终端设备辨识负荷模型参数。本文研究内容包含以下两个方面: 1)针对传统综合负荷模型结构及参数无法适用于电力电子负荷的问题,提出了基于归一化函数及二阶传递函数的电力电子负荷群静态及动态等值负荷模型,准确描述了电力电子负荷的动静态特性。基于Simulink建立单个电力电子负荷详细仿真模型,并分析了保护控制对电力电子负荷动静态功率特性的影响;基于归一化函数建立电力电子负荷群静态等值模型,准确描述了电力电子负荷群静态负荷功率随电压变化的特性;基于二阶传递函数建立电力电子负荷群动态等值模型,准确刻画了电力电子负荷群动态特性,同时极大地减少了未知参数的个数。仿真及实际算例分析表明所建模型的准确性及有效性,其在保持负荷模型简洁性的基础上准确体现了电力电子负荷群的动静态负荷特性。 2)针对传统总体测辨法存在计算时间长、计算量大的问题,提出了一种基于电压曲线特征点的电力系统负荷模型参数快速辨识方法,实现了对于负荷模型参数的快速辨识。该方法选取电压曲线中电压跌落前一点、电压恢复前后两点及最终稳态点作为特征点;采用稳态计算、隐式梯形法及赫米特-辛普森积分法直接计算特征点对应时刻的状态变量及功率;通过基于多项式逼近及单纯形法的两阶段优化算法实现对于负荷模型参数的快速辨识。基于经典综合负荷模型的仿真及实际算例分析表明,该方法具有良好的准确性、鲁棒性及实用性,在保证参数辨识结果准确性的基础上极大地减少辨识所需的计算量,所需计算时长少于传统总体测辨法的2.5%。进一步,将该方法应用至电力电子负荷等值模型,实际算例分析表明该方法可以适用于考虑电力电子负荷的电力系统负荷模型参数快速辨识。

摘要： 2023年11月10日-13日广州2023年将迎来中国电源学会成立40周年,为传承历史、再创辉煌,学会将于2023年全年组织开展纪念中国电源学会成立四十周年会员服务系列活动。作为40周年纪念活动的重要环节-2023中国电力电子与能量转换大会暨中国电源学会第二十六届学术年会及展览会（CPEEC & CPSSC 2023） 将于2023年11月10日-13日在广州召开。

关键词： 混合式直流断路器   电力电子开关   半导体制冷   性能提升方法   参数设计方法  

摘要： 混合式直流断路器是保护柔性直流输电系统稳定运行的关键设备,可以快速可靠地切断故障电流。其中,电力电子开关是实现电流通断的核心组件,其电流性能是混合式断路器最关键的技术指标。然而,目前断路器中器件电流性能提升手段主要围绕一二次电路参数等电学特性出发,尚未有基于热学因素进行性能提升的方法。因此,本文提出了一种基于预制冷技术的电力电子开关瞬时电流性能提升方法,并围绕着热学影响因素及其优化方法、参数设计方法和实验验证开展了相关研究。首先,针对直流断路器电力电子开关的工作过程展开了分析,指出通态阶段的温升可能是影响其瞬态电流性能的关键因素。通过比较功率半导体器件的关断能力和浪涌能力,发现由温升限制的浪涌能力是电力电子开关电流性能提升的门槛所在。在考虑器件温升的基础上,分析获得了影响电力电子开关浪涌能力的三个热学因素,并提出了相应的优化方法。其次,聚焦于可直接影响器件电流性能的初始结温优化方法,提出了基于半导体制冷的局部预制冷方案。分析了半导体制冷平板的输入电流和电力电子开关外部电路的热阻对制冷效果的影响。针对制冷效果的需求,对外部电路的结构约束以及热阻变化进行了深入分析,形成了一套面向制冷效果优化的参数设计方法,为后续样机研制奠定了基础。最后,利用参数设计方法指导了实验样机的研制过程。介绍了电力电子开关的配置,对半导体制冷装置的结构以及制冷效果进行了研究。随后根据所提的参数设计方法完成了样机设计,包括样机结构及其参数,并通过仿真计算对比确定了样机的布局。在完成实验平台的搭建和调试之后,成功地实现了 4.5kV/1.2kA焊接型IGBT 14.05kA的通流开断,从而验证了所提瞬时电流性能提升方法的有效性。