储能用零电压双有源桥式DC-DC变换器控制策略研究

针对可再生能源并入电网运行的不稳定性问题,以带开关管电容的双有源全桥双向DC-DC变换器为主要研究对象,研究不同控制方式下变换器的特性。重点研究了典型双有源桥结构的变换器在单移相控制方式、扩展移相控制方式以及双重移相控制方式下的不同工作状态,对比各个控制方法下的开关管零电压导通条件与电流应力。通过仿真与实验对上述不同控制方式下的工作状态进行对比分析,扩展移相在保证ZVS的基础上减小了电流应力与开关损耗。     

基于扩展移相控制的高频DAB变换器ZVS控制方法

双有源桥（Dual active bridge,DAB）在需要高效能量双向流动的工作场景有广泛的应用。在高开关频率工作时,变换器开关器件结电容充放电时间无法忽略,导致扩展移相控制下DAB零电压开通（zero voltage switching,ZVS）范围断续。通过分析扩展移相控制下双有源桥DC-DC变换器工作模态,建立高开关频率工况下DAB变换器数学模型,提出一种利用磁化电流扩宽ZVS范围的方法。在此基础上,结合电感电流应力优化算法,提出一种适用于高频工况应用的电流应力优化下的软开关控制策略。采用该控制策略,可以有效减小导通损耗,消除开关损耗,显著提升高开关频率下的变换器效率。最后,搭建400KHz实验样机,验证控制策略有效性。     

双有源全桥DC-DC变换器的电流应力优化控制

针对双有源全桥DC-DC变换器的电流应力大、动态性能差问题,在三重移相控制的基础上,结合电流应力优化方案,提出了一种模型预测及负载电流前馈控制的方法.首先,通过电流应力优化方案对传输功率进行分区,并引入负载电流前馈控制优化内移相角;其次,通过变换器输出电压预测模型优化外移相角,使电流应力减小,提高变换器应对输入电压及负...     

基于动态矩阵控制的双有源桥DC-DC变换器电流应力优化策略

为了提高拓展移相控制的双有源桥（DAB）DC-DC变换器的电压动态响应性能,降低系统的电流应力,利用使电流应力最小的优化相移角与输出电压之间的关系,提出了一种将电压动态矩阵控制(DMC) 算法与变换器电流应力优化方法相结合的控制算法,并从预测模型、滚动优化、反馈校正三个环节详细介绍了DAB的DMC电压预测控制的具体实现过程,最后,将所提出的控制方法与电压闭环PI控制的拓展移相电流应力优化算法进行仿真比较,仿真结果表明：该方法不仅减小了电流应力,而且在变换器启动阶段以及负载突变时,大大改善了变换器的电压动态响应性能。     

基于傅里叶级数建模的双有源桥DC-DC变换器电流有效值分析

采用傅里叶级数求和的方法建立双有源桥DC-DC变换器在移相控制下统一的数学模型,针对双有源桥DC-DC变换器直流侧电压不匹配时在传统单移相控制方式下电感电流有效值过大的问题,提出了优化电感电流有效值的双重移相控制方式。对工作在升压、降压、电压平衡状态下的双有源桥DC-DC变换器在传统单移相、双重移相控制方式下电感电流有效值随传输有功功率变化的情况进行对比分析。在此基础上根据变换器工作在升压、降压状态,提出对应的双重移相控制方式,以达到优化电感电流有效值的目的,使工作在该状态下的变换器具有更小的通态损耗,提高了变换器的效率。实验验证了该双重移相控制方式的有效性和优越性。     

双重移相控制与传统移相控制相结合的双有源桥式DC-DC变换器优化控制策略

为减小双有源桥式DC-DC变换器的功率损耗,提出一种双重移相加传统移相控制的优化控制策略,保证漏感电流有效值最小,同时使得所有开关管实现零电压开通(ZVS)软开关。首先分析变换器在传统移相和双重移相下的传输功率特性和软开关范围。在此基础上,通过建立漏感电流有效值、传输功率及软开关条件的数学模型,得出一条最优控制轨迹。该轨迹确保变换器工作于最小电流有效值状态且可以实现ZVS软开关,从而显著减小系统的导通损耗和开关损耗,实现了双有源桥变换器的优化控制。实验结果验证了理论分析的正确性和控制策略的有效性。     

结合电流应力优化与虚拟电压补偿的双有源桥DC-DC变换器三重移相优化控制

为了同时减小双有源桥（DAB）DC-DC变换器的电流应力和提高动态响应速度,该文在建立三重移相下六种模式的传输功率、电流应力等工作特性模型的基础上,提出一种基于三重移相的结合电流应力优化与虚拟电压补偿的控制方法。该方法由电流应力最优移相角模型和虚拟电压补偿方法构成,通过KKT条件获取电流应力最优的移相角模型,结合虚拟电压补偿方案估算传输功率值以提高负载突变及输入电压扰动时的动态响应速度。该方法在保证电流应力优化的同时,能够实现快速的动态响应,并且参数易于调节,可移植性好。最后,搭建了一台小功率样机进行三种方案的对比实验,验证了该文控制方法的正确性及优越性。     

一种全功率范围零电压开通的电流型双向隔离DC-DC变换器

针对传统电流型双向变换器存在的低压侧开关高电压尖峰和硬开关现象,提出一种可在全功率范围内实现实际零电压开通(ZVS)的电流型双向隔离DC-DC变换器。该变换器的一次侧Boost半桥能有效抑制开关管的高电压尖峰;二次侧为两个有源半桥并联,通过调整二次侧桥内移相角可改变实现ZVS的反向电流的大小。该变换器通过采用混合移相+脉宽调制(PWM)控制,可使所有开关管在全功率范围内实现实际ZVS。首先,介绍变换器的工作原理;然后,详细分析变换器的功率传输特性和软开关特性;最后,搭建一台30~60V输入、400V/2.5A的实验样机,验证了所提变换器及其控制策略的优势。     

新扩展移相角下的双有源桥DC-DC变换器优化控制策略EI北大核心CSCD

为提高双有源桥(dual active bridge,DAB)DC-DC变换器的效率,降低其控制复杂度,提出一种基于扩展移相控制的最小电流应力闭环优化控制策略。首先,依据两侧全桥输出电压间的相位关系和桥内移相角的大小,重新定义新的移相比,以确保移相比与传输功率的正相关性;接着,基于开关管的通断顺序,对DAB的进行工作模态的划分,并择优选出两种作为其实际工作模态;然后,利用Karush-KuhnTucker条件法实现在软开关条件下全功率段的电流应力优化,并与新的移相比相结合设计出一种更为简洁的闭环优化控制策略;最后,搭建DAB仿真模型及实验样机进行验证,结果表明:所提控制策略不但具有控制简单、易实现的特点,同时能在全功率范围内实现最小电流应力控制和开关管的软开关特性。     

结合电流应力优化的双有源全桥DC-DC变换器自抗扰控制

针对微电网系统中双向直流变换器需同时具有良好的稳态特性和动态响应这一问题,该文提出一种结合电流应力优化的双有源全桥（DAB）DC-DC变换器自抗扰控制方案,并对DAB变换器在扩展移相调制下的传输功率和电流应力数学模型、电流应力优化与自抗扰控制相结合等关键技术展开分析研究。在扩展移相调制基础上,利用条件极值法求解不同工作模式的电流应力最优解。同时构建自抗扰闭环,通过扩张状态观测器对系统状态进行实时估算,将输入电压突变、负载投切、电流应力优化策略导致传输功率波动等视作系统扰动并进行补偿。最后设计并研制一套200W实验样机,对比不同控制方案的性能,样机动稳态实验结果验证了所提出控制方案的可行性和先进性。     

基于扩展移相的ISOP-DAB变换器混合优化控制方法

输入串联输出并联-双有源电桥(ISOP-DAB)变换器多应用于大功率高电压场合,为降低ISOP-DAB变换器的电流应力并提高系统的动态性能,本文提出一种基于扩展移相调制混合优化控制方法。首先分析在扩展移相下变换器的工作模式和功率模型,通过拉格朗日优化算法获取电流应力最优的相移组合,并结合虚拟电压均衡控制方案,以应对负载突变或输入电压扰动状态,同时结合变换器的结构特征使用输入电压均值完成模块间功率的动态平衡。最后,将混合优化控制方法、基于单移相的虚拟功率控制和传统的扩展移相优化控制进行对比实验。实验结果证明了混合优化控制在功率均分的同时可以实现电流应力优化,提高能量传输效率,同时也显著地改善了变换器在扰动情况下的动态特性。     

双重移相控制的双主动全桥变换器全局电流应力分析及优化控制策略

为了减小双主动全桥(DAB)变换器的功率损耗,考虑全局范围内不同传输功率及输入输出电压调节比,提出一种双重移相电流应力优化控制策略,通过分段优化两侧全桥内移相角和桥间外移相角,保证变换器全局范围内电流应力最优。首先对比分析传统单移相、扩展移相和双重移相传输功率特性,得出双重移相功率传输范围及灵活性优势明显,进一步建立双重移相控制所有运行模态的电感电流应力与电压调节比、传输功率及移相角之间的数学关系。在此基础上,推导得出所有模态下变换器工作在最优电流应力状态的移相角条件,并研究优化控制策略的实现方案。搭建5kW实验样机,进行全功率范围内应力与效率对比实验,实验结果验证了所提控制策略的可行性和优越性。     

一种双有源桥变换器的优化EPS调制方法*

为了提升双有源桥（DAB）变换器在扩展移相调制下的效率,建立了双有源桥变换器的数学模型,并对其零电压开关和电流应力进行了分析,给出了一种减小电流应力并拓宽零电压开关范围的优化EPS调制方法。最后搭建了仿真模型和实验样机,与基于单移相调制的DAB进行了比较,验证了所提方法的合理性。     

双重移相控制下的双向全桥DC-DC变换器最小电流应力分段优化控制

为了减小双向全桥(dual-active-bridge, DAB)DC-DC变换器的电流应力,提升变换器的效率,提出了一种DAB变换器在双重移相控制下的电流应力分段优化控制策略。该策略首先分析了DAB变换器的结构及其功率特性,推导得到了电流应力与传输功率、移相角之间的关系。然后针对输入输出电压不匹配的情况,对DAB变换器的电流应力进行了分段优化,通过将传输功率分段得到了DAB变换器在不同传输功率范围下的最优移相角。将所提控制策略与传统双重移相控制策略对比分析,发现所提控制策略具有更小的电流应力和回流功率,减少了变换器的导通损耗,提升了变换器的效率。当负载发生突变时,DAB变换器的动态性能得到了大幅提升。最后基于所提控制策略搭建了实验样机,实验结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

基于扩展相移的双有源全桥DC-DC变换器多目标优化控制方法

文中以双有源全桥DC-DC变换器为研究对象,为了同时提高变换器的效率和动态性能,提出一种基于扩展相移的优化功率控制方法。通过全面分析变换器在扩展相移下的相移量关系以获取电流应力的全局最优解来进一步提高变换器效率。同时,通过引入虚拟电压分量对变换器的传输功率进行在线估算以提高其对于负载突变及输入电压突变时的响应能力。此外,该方法不需要储能电感等电路参数参与控制,增加了控制系统的兼容性和可移植性。最后,对所提出的扩展相移优化功率控制方法、双重相移的电流应力优化及传统扩展相移的电流应力优化算法进行对比实验验证。实验结果表明:该方法可以进一步地减小电流应力,提高变换器的效率,同时可显著地提高变换器对于输入电压突变和负载突变时的动态特性。     

基于三重移相控制的双主动全桥直流变换器优化调制策略

传统的单移相控制下,当电压传输比不等于1时,双主动全桥(dual active bridge,DAB)直流变换器的部分开关管在轻载状态下会失去零电压开通的特性,从而造成开关损耗的增加。三重移相控制引入了内部移相角,比传统的移相控制多两个自由度,使控制具有更大的灵活性。在三重移相控制的基础上,提出一种改善DAB特性的优化调制策略,使所有开关管在全功率范围内具有软开关的特性,并且能够减小轻载状态下变换器的电流应力和导通损耗,从而提高了变换器的效率。此外,提出的求解最优控制量的算法具有广泛的适用性,可以扩展至DAB变换器其他的最优化问题。实验结果验证了所提出调制策略的有效性。     

双有源桥DC-DC变换器升降压功率特性优化控制

双有源桥DC-DC变换器工作在升压、降压状态下时,在传统单移相控制下,电压的不匹配程度会影响变换器的超前桥、滞后桥以及电感上的功率分布情况,进而增加变换器的通态损耗。引入内移相角的双重移相控制可以改变输入、输出侧的电压波形,进而优化流过超前桥、滞后桥的无功功率,在改变变换器的功率特性的同时增加了控制的自由度和灵活性。在此基础上提出了变换器工作在升压、降压状态下,以电感上的无功功率为优化目标的双重移相控制策略,减小了变换器的整体无功功率和通态损耗,从而提高变换器的效率。最后通过试验验证了该双重移相控制方式的有效性和优越性。     

双向全桥DC-DC变换器基于电感电流应力的双重移相优化控制

通过分析双向全桥DC-DC变换器采用单移相和双重移相控制的工作原理,推导出了两种控制方式下变换器电感电流应力与传输功率、输入与输出电压调节比及移相角比之间的数学关系。为了有效降低变换器电流应力,针对不同的传输功率及电压调节比,通过寻优求得使电感电流应力达到最小的最优移相角。据此提出一种双向全桥DC-DC变换器双重移相优化控制策略,在实现输出电压闭环控制的同时使变换器电流应力达到最小。采用该优化控制策略,双重移相控制的电流应力始终小于单移相控制,并且当变换器工作在轻载且电压调节比较大时,该优化控制策略的优势更加突出。搭建了实验样机,对理论分析进行了验证,并与传统单移相控制进行了对比。实验结果验证了所提出最优控制策略的有效性与可行性。     

三电平双有源桥变换器的新型控制策略研究

针对三电平双有源桥(TL DAB)变换器在电压不匹配及轻载条件下电流应力大、失去软开关特性、效率低的问题,提出一种基于四电平调制的新型控制策略.该控制策略包含两个控制自由度,分别为三电平桥内移相角和桥间移相角,引入桥内移相角后,三电平桥输出具有一定占空比的四电平电压.通过优化两个控制自由度,使TLDAB变换器在宽电压及全功率范围内具有更小的电流应力和更优的软开关特性,从而提升变换器在电压不匹配及轻载条件下的传输效率.最后,在小功率样机上验证了所提出控制策略的有效性.     

一种双向隔离三电平DC-DC变换器电流有效值最小控制方法

针对双向隔离DC-DC变换器在传统"两电平H桥结构+移相控制"模式下进行功率传输所导致的开关器件承受电压应力大、变换器传输效率低等问题,提出一种"双边三电平半桥结构+电流有效值最小控制策略"方案。该方案将H桥结构替换为三电平半桥结构并在传统移相控制的基础上增加对变压器漏感电流有效值的控制,降低了变换器损耗和开关器件承受的电压应力并提高了变换器的传输效率。根据隔离变压器漏感电流有效值表达式与零电压开关条件,对电感电流有效值最小控制方法的控制曲线进行了详细推导,并根据该控制曲线设计了基于可编程逻辑器件的控制核心。采用新型Si C MOSFET开关器件搭建了物理实验平台。实验结果表明在所提方案的作用下开关器件所承受的电压应力、变换器损耗和变换器传输效率都得到了较大的改善,验证了理论分析的正确性和所提方案的可行性。