基于MPC的耦合电感飞跨电容双向DC/DC变换器功率均衡解耦控制策略

耦合电感功率变换器因耦合电感阻抗、电感值等参数差异易导致功率不均衡。针对耦合电感飞跨电容双向DC/DC变换器,提出一种基于模型预测控制（MPC）的功率均衡解耦控制策略。通过对变换器原理进行分析,建立基于电感电流解耦的数学模型,得到包括电感电流和飞跨电容电压等6个控制变量的解耦控制方法。在此基础上,提出基于MPC的功率均衡解耦控制策略。同时,为降低MPC算法的运算负荷,根据解耦控制模型重构模型预测价值函数,实现各控制变量独立动态寻优,使系统能在稳定控制输出电压及飞跨电容电压的同时,实现两相耦合电感的功率均衡控制。最后,通过理论分析及实验对所提策略进行有效验证。     

一种谐振型双半桥+全桥三端口DC-DC变换器

提出一种谐振型双半桥+全桥三端口DC-DC变换器,各端口间均可实现功率双向流动。首先,分析该三端口DC-DC变换器的工作原理;其次,建立变换器稳态模型并分析功率传输特性和软开关特性;然后,对端口间功率耦合原因进行分析并提出硬件解耦方法;最后,通过磁集成降低磁元件数量,并通过仿真和样机实验验证所提三端口变换器硬件解耦的可行性以及磁设计和控制方案的正确性。     

基于输出端谐振解耦的三端口直流变换器

针对三端口变换器的功率耦合问题,提出基于输出端谐振解耦的三端口变换器,通过在输出端全桥构造谐振腔来解除控制量对光伏端口和储能端口的功率耦合作用,将三端口变换器等效为2个输出并联的二端口变换器,并直接沿用二端口变换器系统的控制策略,使控制过程更加简单平滑,降低三端口变换器的控制环节设计难度。首先介绍变换器的拓扑结构,并分析电路的功率传输特性和变换器的控制稳定性;搭建输出功率500 W的实验样机,对拓扑结构和控制策略的有效性进行验证。     

DC/DC单管谐振式变换器在光伏电热水器中的应用

针对光伏电热水器DC/DC变换器存在磁芯利用率低、控制困难、成本高、可靠性低等问题,文章设计了一种单管谐振式DC/DC变换器,在建模、分析的基础上,提出了改变开关频率实现最大功率点跟踪(MPPT)的控制方法;对变换器主电路中器件的关键参数进行了设计,制作了实验样机,通过实验验证了所提出的单管谐振式DC/DC变换器供电的可行性。     

单Buck/Boost集成三端口双向DC/DC变换器研究

将双向Buck/Boost电路与DAB集成在一起构成三端口双向DC/DC变换器,Buck/Boost电路和DAB在原边共用功率开关管。DAB的移相角控制变压器两侧的能量双向流动,从而控制输出侧电压,而双向Buck/Boost电路的占空比用来控制前级母线电压,该端口可接入光伏等新能源,前级全桥单元采用交错并联PWM方式可自动实现变压器原边伏秒平衡。该文分析系统稳态特性及软开关特性,在前级母线电压宽范围幅值变化的情况下,所有的功率开关可在宽范围内实现软开关,最后通过实验样机进行方案验证。     

多重化双向DC/DC变换器电流增广控制研究

针对光储分布式发电系统中多重化双向DC/DC变换器结构,提出一种基于输入-输出线性化的增广电流控制方法。首先建立双向DC/DC变换器仿射非线性模型并分析其内动态方程,确定以电感电流为输出的状态空间描述;然后利用非线性变换将输入-输出线性化并引入增广电流反馈机制,根据二阶经典控制系统,设计控制器参数。最后经数字仿真验证该文提出的控制方法可准确、快速、强鲁棒性地跟踪功率指令,消除稳态误差对电网和负荷的不良影响,多重化结构与错相调制有效减小电感电流以及储能充放电电流纹波。     

新型燃料电池汽车用交错式结构DC/DC系统研究

为解决电动汽车中氢燃料电池输出纹波大的问题,提出了将交错式直流电压(DC/DC)变换器引入氢燃料电池汽车动力系统的改进方案.以三相交错式Boost变换器为基础拓扑,在输入端加入滤波电感和π型缓冲电路,构造了综合考量的燃料电池输出和DC/DC变换器输入的新型交错式DC/DC变换器结构.结合输入输出双重控制策略,搭建了新型...     

宽范围输入下的Buck/Boost-DAB级联变换器建模及控制

开展用于储能系统的双向DC/DC的研究,分析Buck/Boost-DAB级联系统的拓扑结构,给出了级联系统的协同控制策略,实现了级联系统的宽范围电压输入,解决了DAB变换器在输入、输出电压不匹配时的功率回流问题,提高了系统的效率。该控制方案实现了Buck/Boost变换器和DAB变换器的特性互补,同时实现电气隔离和宽电压输入范围。     

一种应用于新能源联合供电系统的新型多功能变换器

提出一种适用于新能源联合供电系统的新型多功能变换器,具有双输入、双输出、仅新能源输入、仅储能单元输入4种功能。当输入源和输出功率变化时系统可正常工作,适用于新能源发电随机性和间接性的特点,保证供电可靠性,使能源具有高利用率。通过控制两输入源之间的功率器件可使得双输入时的两输入源同时供电,双输出和任一单输入时实现交错控制,减小输入电流纹波。缓冲电容的引入,使变换器在各种工作情况下均具有高电压增益,低功率器件电压应力,特定情况下实现双输出和单输入时电感自动均流,减小控制难度。详细分析新型变换器的拓扑构成,各功能下变换器工作原理和输入输出关系、电压电流应力,最后通过实验验证理论分析的正确性。     

基于双向全桥的部分隔离型四端口变换器的研究

文章提出了基于双向全桥DC/DC的部分隔离型四端口变换器。该变换器由两个Boost变换器和一个双向全桥DC/DC变换器构成,实现了功率的双向传递以及部分端口之间的隔离。根据其提出了四端口的运行模式,设计出四端口变换器在不同的运行模式下的控制策略,最后通过四端口变换器的各个运行模式以及模式之间的转换实验分析,验证了新型四端口变换器的可行性。     

基于开关电容的高增益双输入变换器

该文提出一种基于开关电容的高增益双输入变换器,同时具有单输入源供电和双输入源供电模式,开关电容的引入,使变换器具有电压增益高、功率器件电压应力低的优点。2个输入源间采用功率器件连接,使得变换器在单输入模式下采用交错导通控制,有效地减小了输入电流纹波,同时当d≥0.5时,2个电感可实现自动均流,降低控制难度。在双输入模式下,采用中心对称导通控制方式,相较于交错导通控制,工作状况得到简化。详细分析了变换器的工作原理及稳态性能,并提出能量管理方案,使变换器能够灵活地切换工作模式来应对新能源端口和负载功率的变化,提高系统供电可靠性。实验结果验证了变换器的可行性和能量管理方案的正确性。     

直流微网DC/DC变换器的虚拟直流电机控制策略研究

直流微网是小惯性系统,负荷频繁投切和新能源出力波动等因素都会影响母线电压的稳定。在直流微网系统中,往往通过储能单元维持系统功率平衡和母线电压稳定。针对储能端口双向DC/DC变换器,提出一种简化的虚拟直流电机控制方法,以增强系统的惯性和阻尼;建立虚拟直流电机控制的小信号模型,分析控制策略的稳定性和动态特性;对于动态响应初期母线电压的冲击性变化,提出输出电流前馈的小信号模型补偿方法,进一步平滑母线电压的动态过程;最后通过仿真分析验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

面向分布式负载的模块化三端口功率系统

面向具有复杂分布式用电负载需求的航天器,提出一种基于三端口变换器(TPC)的供电系统架构及其功率控制策略。该系统以TPC为基本单元,通过将各TPC模块的输入端口和双向功率端口分别并联连接,实现输入能源、储能装置和多个分布式负载之间的供电。针对各分布式负载输出功率不同且单个TPC含有3条功率路径,可能导致系统中各传输路径功率不确定的问题,提出一种混合型系统功率控制策略以实现各模块各功率路径可控及系统功率优化管理,具体而言,即在储能装置充电工况下均衡储能装置的充电电流,在储能装置放电工况下按输出需求分配输入功率。分析和实验表明,系统可以在各工作状态下稳定运行并在各工作状态之间自由切换。     

一种谐振型混合调制的电流型高增益双向变换器

为减小双向变换器低压侧电流纹波,改善变换器硬开关现象,降低其闭环系统设计的复杂程度,提出一种谐振型混合调制的电流型高增益双向变换器。该变换器在低压侧全桥桥臂中点加入2个交错并联的Boost电感,在增加变换器增益的同时可减小变换器低压侧电流纹波,高压侧为倍压整流电路,进一步增加了变换器增益,同时利用变压器漏感与谐振电容谐振创造了高压侧开关管ZCS的条件。该变换器正反向均采用PWM+PFM混合调制控制,通过改变占空比调节输出电压,调节开关频率实现高压侧开关管的ZCS,采用该控制方案降低了变换器闭环系统设计的复杂程度,并可减小高压侧开关管的关断损耗。搭建一台600 W试验样机,进行正反向实验,验证所提方案的有效性。     

超级电容储能的高性能集成三端口变换器设计及仿真模拟

作为当今主要的电化学储能元件之一,超级电容因其功率密度高、工作条件限制少等优点具有广阔的发展前景.为了更好地发挥超级电容的优越特性、降低系统的成本,本工作提出一种适用于超级电容储能的集成三端口变换器.超级电容储能端口通过双向Cuk变换器与输入端口连接,既能满足超级电容宽电压工作特性带来的升降压要求,还能获得连续、纹波小的端口电流.另一方面,超级电容和输入端口均通过boost-半桥变换器与输出端口连接,并与双向Cuk变换器实现深度的元件复用,因此所需元件少、成本低.根据输入端口和输出端口之间的功率关系,所提出的集成三端口变换器共有四种不同的工作模态.在不同模态下,变换器的工作原理基本相似,仅端口电流的大小和方向将发生改变,具有良好的一致性.本文以输入端口同时向超级电容储能端口和输出端口传递能量的模态为例,详细分析了变换器的工作原理,并进一步推导出了三个端口之间的电压增益、元件的电压电流应力.最后,通过搭建仿真模型,验证了变换器工作在四种模态下的有效性.本研究有助于推动集成三端口变换器在超级电容储能系统中的应用,继而助力超级电容储能的进一步推广应用.     

基于移相控制的双向DC/DC变换器改进占空比调制策略

文章在移相控制的基础上,介绍和分析了改进占空比调制策略的工作原理,提出了一种新型双向DC/DC变换器调制策略,同时改变某一桥臂上两个开关管的占空比来减小其工作时的功率回流现象。相比于传统单移相控制,该方法具有更小的电流应力和回流功率,扩大了传输功率的调节范围;相比于双移相控制,调节难度相对简单容易实现。最后通过仿真验证了改进占空比调制的可行性。     

一种宽输入范围的双桥LLC谐振变换器

提出一种新型的宽输入电压范围的双桥LLC谐振变换器。该变换器可以看作是由全桥LLC电路和半桥LLC电路共同构成。相比于传统的变频控制,该变换器采用定频PWM控制,励磁电感值对变换器增益影响较小,可简化谐振参数选择过程,且更有利于磁性元器件的设计。变换器在全负载范围内能够实现原边开关管的ZVS开通和副边二极管的ZCS关断。首先详细介绍该变换器的拓扑结构和驱动时序及工作原理,然后对增益特性及软开关进行分析。最后搭建1台120~240 V输入、24 V/20 A输出的实验样机,对理论分析进行验证。     

电磁感应加热电源的研制

提出了一种新颖的具有负载谐振频率跟踪的感应加热电源的结构;针对加热铁心的温度升高对谐振参数造成的影响,引入了谐振频率跟踪控制,使变换器工作于谐振频率处,减小了开关损耗,并且保证了最大的功率的输出,频率跟踪电路具有简单、可靠、成本低、工程应用价值高的优点。     

光伏直流升压系统中级联DC/DC变流器的均流/均压控制策略

输入并联输出串联级联DC/DC变流器可减小开关器件承受的电流/电压应力，适用于低电压输入高电压输出的光伏直流升压系统。为了保证级联变流器的稳定工作，必须确保各模块的输出电压均衡。分析统一占空比控制策略的缺点，提出采用均流型MPPT控制策略实现输出均压和光伏模块的最大功率跟踪，针对均流型MPPT控制策略在光照强度发生变化时的暂态特性的不足提出在均流环的基础上叠加输出电压环的均流均压型MPPT控制策略，以改善系统的动态均压能力。并提出光伏直流升压系统中输入并联输出串联级联DC/DC变流器的模块化设计结构。仿真结果验证了该方法的有效性。     

单相逆变器二倍频功率解耦控制策略

针对传统实现单相光伏逆变器输入侧与输出侧的功率解耦方法中所包含的电解电容体积大、寿命短等问题,提出一种应用于双向Buck/Boost有源功率解耦电路的双环准比例谐振控制(PR)策略,并针对电路拓扑设计了参数和控制策略,该控制策略中电压外环采用PI调节保证响应速度,电流内环采用并联多重准PR控制,实现对正弦电流信号的无静差跟踪。搭建Simulink仿真模型验证了所提双环准比例谐振控制策略,有效降低了直流侧母线电压纹波,实现逆变器输入侧与输出侧的功率解耦,且实现了用薄膜电容代替大容量电解电容,提高了系统的使用寿命和可靠性。