无直流电感升压型永磁直驱风力发电系统

针对永磁直驱同步风力发电系统中存在的发电机电流波形差、输出电压低和变换器成本高等问题,提出一种将发电机和变换器一体化设计的新方案。通过引入以永磁发电机电枢电感为升压电感的功率因数校正(PFC)技术,采用平均电流控制法,实现了发电机电流波形与功率因数以及直流母线升压等控制。介绍了新方案的拓扑结构和控制方法,给出了系统工作的参数条件,并搭建了基于dSPACE的快速控制原型实验平台。仿真和实验结果均表明,该方案可稳定提升变换器中的直流母线电压,改善发电机的电流波形及运行功率因数,减小变换器的体积、重量和成本。     

升压斩波控制开关磁阻风力发电机系统

为准确地控制发电机的电磁转矩、满足风力发电机组最大功率点跟踪运行要求,提出了一种横向磁通开关磁阻发电机转矩控制策略。采用相功率变换器构建励磁与升压斩波电路,可在整个变速运行范围内有效地控制绕组电流的幅值和波形。该变换器通过直流母线与三相逆变器相连,即可构成完整的变速恒频风力发电功率变换装置。样机实验结果表明:采用该方法的风电系统能够将绕组电流限制在±0.5A域值范围内。从而在转矩/功率控制精度、运行平稳性和直流母线电压纹波等性能上比传统系统更为优越。     

升压斩波控制开关磁阻风力发电机系统

为准确地控制发电机的电磁转矩、满足风力发电机组最大功率点跟踪运行要求,提出一种横向磁通开关磁阻发电机转矩控制策略。采用相功率变换器构建励磁与升压斩波电路,可在整个变速运行范围内有效地控制绕组电流的幅值和波形。该变换器通过直流母线与三相逆变器相连,即可构成完整的变速恒频风力发电功率变换装置。样机实验结果表明:采用该方法的风电系统能够将绕组电流限制在±0.5 A域值范围内。从而在转矩/功率控制精度、运行平稳性和直流母线电压纹波等性能上比传统系统更为优越。     

基于占空比动态分配控制的并联交错CCM PFC变换器

为减小甚至消除均流过程对总输入电流及输出电压的扰动,以提高输入功率因数. 在平均电流控制策略的基础上,提出一种控制占空比在并联变换器内部动态分配的均流控制器,即只在并联变换器内部,根据其电流偏差程度进行占空比动态调节来实现均流. 同时,采用单DSP实现并联PFC变换器电感电流的均匀交错,以减小系统滤波器的体积和提高系统的效率. 以3个功率因数校正(PFC)变换器并联为例,利用提出的研究方案获得了良好的均流性能,并实现了并联PFC变换器电感电流的交错,减小了输入电流的高频纹波. 实验结果证明了该控制方案的正确性,为并联的大功率功率因数校正变换器的数字控制提供了解决方案.     

并联交错临界连续PFC变换器的单周期控制

为了利用临界连续导电模式功率因数校正器(PFC)高效的优点,将其应用到较大功率场合,提出一种用于临界连续PFC的单周期控制策略。采用开关频率和采样频率可变的方法,利用单数字信号处理器实现了3个临界连续PFC变换器的并联交错运行。提出的针对临界连续PFC变换器的单周期控制器无需对开关的高频峰值电流、电感电流过零点进行检测与判断,简化了临界连续PFC变换器的控制。实验结果表明:该方案可实现临界连续PFC变换器输入电流和输出电压的有效控制,可在保证高的输入功率因数同时,获得稳定的直流输出电压。     

并联交错临界连续PFC变换器的单周期控制

为了利用临界连续导电模式功率因数校正器(PFC)高效的优点,将其应用到较大功率场合,提出一种用于临界连续PFC的单周期控制策略。采用开关频率和采样频率可变的方法,利用单数字信号处理器实现了3个临界连续PFC变换器的并联交错运行。提出的针对临界连续PFC变换器的单周期控制器无需对开关的高频峰值电流、电感电流过零点进行检测与判断,简化了临界连续PFC变换器的控制。实验结果表明:该方案可实现临界连续PFC变换器输入电流和输出电压的有效控制,可在保证高的输入功率因数同时,获得稳定的直流输出电压。     

耦合电感升压变换器开关管应力降低的研究

为了解决传统的升压电路拓扑因为受到寄生参数的影响而导致电压增益会受到极限占空比的限制,以及传统的耦合电感升压变换器由于漏感的存在而导致的开关管两端电压电流应力较大等一系列问题,在此提出一种新型的可用于光伏发电系统的、具有高增益和低电压电流应力的耦合电感升压变换器。该变换器在传统耦合电感升压变换器的基础上增加了由二极管、电感以及电容组成的无损吸收电路。由于耦合电感具有变压器效应,因此,相对于传统升压电路来说,耦合电感的这一特性,使电路中的电压增益有了较大的提高;由于电感具有抑制电流上升的作用,因此,开关管开通时,减轻了开关管的电流应力;在开关管S的两端并联由电感、电容以及二极管组成的无损吸收电路,有效吸收耦合电感升压变换器中的漏感能量,使得开关管两端的电压尖峰得到抑制,当开关管S彻底关断后,电容和电感通过副边绕组和输出二极管,将能量传递给负载,实现无损传输,进一步提升了电压增益。为了验证该新型耦合电感升压变换器的有效性,故在MATLAB/Simulink平台上搭建了该新型变换器和传统耦合电感升压变换器的仿真模型。通过对比2个模型的相应仿真波形,可以看出,相对于传统的耦合电感升压变换器,该新型变换器具有更高的电压增益,同时,开关管上的电压和电流应力也相对较小。     

高增益开关电感磁集成组合Boost-Zeta变换器

为解决新能源发电装置的输出电压较低问题,提出一种高增益DC-DC变换器.将Boost变换器和Zeta变换器进行集成组合,引入开关电感和磁集成技术,由此得到高增益开关电感磁集成组合Boost-Zeta变换器.对变换器进行理论推导与实验验证.基于磁集成技术,设计了3个电感器的耦合集成方案,有效减小了电感的电流纹波.研究结果表明:该变换器具有电压增益较高和电压应力较低的优势,具有良好的特性,可应用于非隔离型直流升压的场合.     

永磁同步并网风力发电系统双模块控制研究

针对永磁同步并网风力发电系统,研究了一种双模块控制系统。MPPT控制模块在整流器和逆变器之间设置Buck变换器,使用优化后的最优梯度-爬山法策略控制Buck变换器占空比。并网逆变控制模块采用直流母线电压瞬时值外环及并网电流瞬时值内环的双环控制策略,通过外环电压PI控制得到指令电流,进而采用PI瞬时电流控制经逆变器和LCL型滤波器得到并网输出电流。仿真实验波形表明,MPPT控制模块能够快速、稳定地跟踪最大功率。逆变器输出符合并网要求,控制效果具有较好的稳定性和动态特性。     

一种延长LED发光系统寿命的波形控制方法

LED发光系统中直流侧存在两倍于输入电压频率的脉动功率,通常采用大容量电解电容抑制脉动功率.然而,电解电容由于工作寿命短,性能不稳定等劣势严重影响了LED发光系统的使用寿命.针对LED高功率因数整流系统中低频纹波的抑制,本文采用差分输入整流系统,提出一种实现无电解电容,直流侧无低频纹波的高功率因数整流的有源控制方法——波形控制法.该方法通过分别控制两支差分电容电压的方式将脉动功率控制在交流侧,有效抑制了LED整流系统直流侧低频电流纹波.该方法在不增加硬件成本的条件下,仅通过优化控制策略,保证单位功率因数的同时有效抑制了LED发光系统输出低频电流纹波,实现了无电解电容LED发光系统,从而延长了系统寿命.本文对波形控制方法进行了详细的理论分析,并选取合适的设计参数,通过仿真验证了所提出方法的有效性和可行性.该方法可以推广到级联变换器间的解耦研究和应用.     

发电用微型燃机PWM整流器自适应H∞控制

通过分析发电用微型燃机系统中PWM整流器的工作原理和永磁同步发电机模型,建立了PWM整流器模型,组成了基于有功和无功理论的功率控制系统.考虑微型燃机发电系统容量小,受负载波动影响大,以及负载不确定性的特点,在功率控制的基础上,提出了直流侧电压自适应H∞控制方案,在李亚普诺夫稳定意义下,通过自动补偿负载变化,实现直流侧电压稳定和高功率因数.仿真和实验结果表明:应用自适应H∞控制时,在保证高功率因数的基础上,直流侧电压波动范围很小,从而验证了所提方案的有效性和实用性.     

高升压DC/DC变换器的研究

提出了一种高升压DC/DC(简称HS)变换器,它利用一种特殊的结构来实现升压,这种升压结构是由两个电感、一个电容和两个二极管构成.将这种特殊的升压结构和双开关升压直流变换器相结合,就构成了HS变换器,通过电感电容充放电来实现升压功能.另外,本文还提出了(Repeated HS,Re-HS)和(Generalized HS,G-HS)变换器.分析了HS变换器在CCM模式下的电压增益,并对其电压增益、开关应力以及电流尖波进行了深入研究,并与其他电路进行了比较,对比分析验证了HS变换器具有高电压增益、低电压应力和低电流尖波的特点.通过搭建HS变换器的实际电路,验证了所提拓扑的正确性.     

采用移相控制的具有软开关能力的交错图腾杆无桥Boost PFC变换器

该文提出了一种具有软开关能力的图腾杆式无桥交错Boost功率因数校正器(power factor correction, PFC).与传统的交错图腾杆无桥升压PFC变换器相比,在2个PFC变换器单元之间增加了一个电感,利用增加电感的能量,使所有开关实现零电压开关.此外,通过在2个PFC变换器单元之间应用移相控制,使得变换器可以将所加电感上的电流大小控制为一个最优值.因此,该变换器可以实现零电压工作,同时最大限度地降低附加电感的导通损耗和铁心损耗.通过Matlab Simulink仿真的结果表明：该变换器可以达到较高的效率,验证了该变换器的可行性.     

永磁风力发电机三相PFC整流器控制策略

针对用于变速恒频风力发电的永磁同步发电机(PMSG),采用每相定子绕组由一个单相功率因数校正(PFC)电路进行整流的拓扑结构,提出了一种同步比例积分(PI)控制策略。根据PMSG运行工况和PFC主电路拓扑结构的特点,选取整流控制目标为发电机定子电流与端电压同相位,并依此设计了控制系统。利用同步旋转坐标变换将电机定子电流变换为直流量进行控制,消除了传统方法中各相PFC电路分别使用一个PI调节器对交流电流进行调节所存在的稳态误差。仿真和实验表明:该控制策略既能稳定直流输出电压,亦能保持发电机三相电流波形正弦,并与机端电压基波同相位。     

应感电动机高功率因数调速系统

本文论述了晶闸管感应电动机高功率因数交流调速系统的一种新颖的控制方案和基本结构原理,给出了样机实验的功率因数曲线、机械特性、开环和闭环风机负载、发电机负载特性曲线和实验波形;文末与有关交流调速系统进行了比较。     

不平衡电网电压下永磁风力发电机并网逆变器的新型直接功率控制策略

为了研究不平衡电网电压条件下永磁风力发电机系统增强运行能力的有效控制策略,提出了比例-谐振电流控制方案,并将该方案应用于并网逆变器的直接功率控制中,以实现直驱永磁风力发电系统无需正、负相序分解的统一控制.在PSCAD/EMTDC环境下建立基于背靠背IGBT变频器的1.5 MW永磁直驱风力发电系统仿真模型,仿真结果表明,在不平衡电网电压下,该系统能够实现最大风能跟踪,且新型的直接功率控制策略结构简单,能够实现单位功率因数控制,具有良好的动态性能,有效地抑制了直流母线电压的升高,增强不平衡电网电压故障下直驱永磁风力发电系统的不间断运行能力.     

基于平均电流控制的升压式PFC研究

Boost功率因数校正(Power Factor Conection,PFC)变换器广泛存在于各种开关电源当中以提高对电能的利用率,为进一步优化BoostPFC变换器的性能,在平均电流控制方式的基础上加入了占空比前馈控制环节;首先介绍了Boost PFC变换器的工作原理以及平均电流控制方式的控制原理,然后对电感与输出电容的计算作出分析,再在MATLAB/SIMULINK中搭建加入占空比前馈控制后的电路模型并进行仿真实验,最后对仿真结果进行分析;结果表明:加入占空比前馈控制后系统的功率因数有所提高,在一定程度上降低了输入电流的总谐波畸变率,且增加了系统的稳定性。     

基于开关电感的混合二次型Boost DC/DC变换器

针对传统直流变换器升压能力不足的问题,在二次型Boost变换器的基础上,结合开关电感单元具有提高升压比的优点,提出了混合二次型Boost变换器.详细分析了混合二次型Boost DC/DC变换器输入电感L_1=L_2、L_1L_2和L_1L_2情况下的工作原理.与传统二次型Boost变换器相比,混合二次型Boost变换器升压比更高,输入电感较小.在理论研究基础上,通过搭建实验样机,验证了混合二次型Boost DC/DC变换器的可行性.     

单周期控制单电感三电平无桥升压的功率因数校正

为提高逆变器或不间断电源控制系统的功率因数,抑制输入电流的谐波,将单周期控制技术应用到一种新型的单电感三电平无桥升压功率因数校正电路,分析其充放电的工作原理与单周期控制模式,建立了单周期控制的单电感三电平无桥升压电路的Simulink模型。结果表明:单周期控制能够抑制输入电流中的谐波,总谐波畸变率为0.1,输入功率因数达0.995。     

高功率因数 220V/10A 电力系统直流操作开关电源

为了满足未来电力系统对直流操作电源的要求，给出了一种具有高功率因数的用于电力系统的新型直流操作开关电源的设计和实现。通过对高频开关电源几种常见拓扑结构的比较和分析，设计的开关电源模块输入级采用了升压变换器来校正功率因数，ＤＣ／ＤＣ变换采用高可靠性的双管正激电路和电流型控制。电源系统采用无主均流控制方式，真正实现Ｎ＋１冗余运行，并以８０３１单片机控制ＲＳ４８５串行接口构成智能监控，使该电源系统具备新一代直流操作电源系统的所有功能。文中给出了系统较详细的设计过程，分析了影响开关电源性能的各种因素及解决方法。