变换器

随着国家“双碳”目标的推进，电解水制氢将迎来爆发式增长，其中电源的拓扑及控制对提升制氢系统效率具有重要意义。对DC/DC隔离型制氢电源的拓扑进行梳理及分析，针对不同的应用场景，分别从单级型、两级型、并联型和多端口型DC/DC隔离型制氢电源的结构及其优缺点进行分析，结果表明，全桥谐振变换器及考虑电解槽温度、压力及氢/氧交叉渗透反馈的控制方案，将成为适应宽范围、强波动的大功率规模化制氢电源发展趋势，且隔离型三端口DC/DC变换电源将成为分布式集成化电-氢耦合未来发展模式，为电解水制氢电源进一步研究提供参考。

电力电子设备渗透率的不断提高使得电力系统转动惯量和阻尼水平下降，对新型电力系统安全稳定运行带来不可忽略的影响。目前并网变换器系统判稳方法常采用奈奎斯特判据和广义奈奎斯特判据，但这两种判据均适用于阻抗比中不含右半平面(right half plane, RHP)极点的场景。针对上述问题，基于考虑正负序耦合和源荷之间耦合的等效单输入单输出(single-input single-output, SISO)系统阻抗模型，提出了考虑RHP极点的三相变换器并网系统判稳方法。首先，对研究系统的RHP极点个数及奈奎斯特曲线包围点(−1, j0)的次数进行估算。然后，在奈奎斯特判据的基础上，利用SISO系统阻抗伯德图进行分析，在系统存在RHP极点的情况下对系统的稳定性进行判断。最后，基于Matlab/Simulink中搭建电磁暂态仿真模型，验证了在有无RHP极点的不同场景下，所提判稳方法均能对三相变换器并网系统的小干扰稳定性进行有效分析。

针对传统有载调压变压器存在功能单一、动态特性差等问题，结合工频变压器高效可靠和电力电子变换器易于控制的优点，提出了一种混合型有载调压变压器拓扑结构。通过增加背靠背变换器，并设计相应控制策略，实现了有载调压变压器连续调压和无功补偿的功能；提出一种串联电压补偿方法，实现了对负载的故障保护。最后，分别基于MATLAB仿真软件和实验平台搭建了混合型有载调压变压器实验模型，仿真和实验结果验证了所提拓扑结构和控制策略的正确性和有效性。

针对电感对DC/DC变换性能影响的问题，以Boost变换器为例，对非理想情况下Boost变换等效电路和转换效率影响因素进行了分析，得到电感参数与电路输出电压、转换效率的关系。根据电感参数对电流纹波和电路转换效率影响的分析，在传统以临界连续电流为依据设计滤波电感值的基础上，提出了一种约束电感值选择范围的方法，并对KS226-075A磁芯的局部磁滞损耗和铜耗进行了计算，得到DC/DC变换器转换效率随电感值增大的变化趋势。最后，通过实验验证了理论的正确性和方法的可行性，同时根据实验结果修正了电感值的选取范围，并对计算结果与实验结果存在的误差进行了分析说明。

直流微电网是新能源综合利用的重要形式，但其中的分布式接口往往存在着强随机性扰动，这给直流变换器的稳压控制带来了诸多问题。为了尽可能地抑制控制器参数固定时这种不确定性特征引起的不利影响，提出了一种利用深度确定性策略梯度(deep deterministic policy gradient, DDPG)算法整定线性自抗扰控制器参数的方法。依靠引入了智能算法的自抗扰微电网控制系统，实现了控制器参数的自适应调整，从而实现了微电网接口变换器的稳定运行。通过仿真对比了各类典型工况下，DDPG-LADRC与传统线性自抗扰控制器(linear active disturbance rejection control, LADRC)、双闭环比例-积分控制器的性能差异，验证了所提控制策略的有效性。而参数摄动下的鲁棒性分析结果结合多项指标下的系统整体性分析，充分体现了控制器参数的智能化调整所带来的多工况自适应性增益的优越性，具备较强的工程价值。

氢能作为一种零碳绿色的二次能源，具有能量密度大、转化效率高等优点。结合可再生能源电解制氢，能够实现氢气从制取到利用全过程的零碳排放，但由于制氢系统中各单元均通过电力电子变换器接入交流电网，系统惯量不足导致频率稳定性较差，亟需有效的频率调节措施，以期改善系统频率稳定性。该文基于全控型整流器作为电解堆栈的供电拓扑的方案，提出电流源型虚拟同步机控制策略，根据系统频率改变电解制氢负荷的制氢功率，实现暂态过程的惯量阻尼支撑及稳态时的一次频率调节，可在一定程度上提升系统的频率稳定性。实验结果表明，在切除交流母线负荷后，电解堆栈产生的氢气流量由109.8 mL/min提升至123.6 mL/min，证明了所提方法的正确性和有效性。

基于模块化多电平变换器的固态变压器(modular multilevel converter based solid state transformer, MMC-SST)是实现交直流混合配电网柔性互联及能量多向流动的关键装备。针对固态变压器输入级MMC子模块电容纹波电压过大，导致装置的体积和成本增加的问题，提出一种基于比例重复控制的MMC-SST改进纹波电压抑制策略。首先利用基于比例重复控制的电容电压闭环得到调整后的功率移相角。然后，通过双有源桥变换器将子模块电容纹波功率传递到低压直流母线，从而有效抑制MMC子模块的各频次纹波电压，达到减小电容值的目的。最后，仿真结果表明在网侧电压对称或不对称工况下，基于比例重复控制的MMC-SST子模块电容纹波电压抑制策略均具有良好的纹波电压抑制能力。

为解决并网变换器有限控制集模型预测控制输出电流纹波较大的问题，提出一种并网变换器低复杂度多步递进优化虚拟矢量模型预测控制策略。首先，该方法通过构建各扇区的电压误差方程，对各扇区电压矢量误差进行量化评估。其次，在各扇区电压误差最大的位置上设计虚拟矢量，以减小电流控制误差。然后，通过所提的多步递进优化方法进一步量化分析含有虚拟矢量的各扇区电压矢量误差，并在电压误差最大的位置设计虚拟矢量，进一步减小控制误差。使用该方法进行多次优化，并确定最终优化虚拟矢量，有效减小了输出电流纹波。最后，为降低计算负担设计了扇区判断简化搜索方案，将每个大扇区分为6个小扇区，从而减少候选电压矢量个数，提高了系统的动态响应速度。通过对比实验验证了所提方法的有效性。

目前大部分关于并网变换器的研究忽略直流侧动态，在直流侧使用恒定电压源，一定程度上影响小干扰稳定性分析。文中主要考虑直流侧动态对跟网型变换器进行建模及稳定性分析。首先，分析新能源场站并网系统直流侧可等效为电压源和受控电流源的适用条件，论证并网变换器建模时考虑直流侧动态的必要性。随之，建立考虑直流侧动态的跟网型变换器谐波状态空间(harmonic state-space,HSS)阻抗模型。其次，在不同电网强度下，通过伯德判据对不同直流侧结构的系统进行稳定性分析，揭示电网强度对跟网型变换器稳定性的影响机理。然后，分析锁相环、电流环、滤波环节对系统阻抗特性的影响。最后，理论分析与电磁暂态仿真结果表明弱电网条件下，锁相环与电网呈现强交互作用，降低了系统的小干扰稳定性，且考虑直流侧动态的系统临界短路比更大。