输出并联双有源全桥DC-DC变换器虚拟功率均衡控制方法

针对电力电子变压器(PET)中输出并联双有源全桥(DAB)DC-DC变换器,分析了前级级联多电平整流器(CHB)控制策略对于DAB变换器的影响,提出一种同时适用于等效输入串联输出并联(ISOP)和等效输入独立输出并联(IIOP)DAB变换器的虚拟功率均衡控制方法,并分析了该控制策略的作用机理。搭建了以TMS320F28335+FPGA_6SLX45为控制器的三单元输出并联DAB变换器的实验平台,对所提出的虚拟功率均衡控制方法与输入电容电压平衡控制算法进行了对比验证。实验结果表明,所提方法在实现各个模块传输功率均分的基础上,可以显著提高变换器对于负载突变和输入电压突变时的响应速度。同时,也可有效地抑制变换器传输功率的暂态波动。     

全桥隔离DC/DC变换器的直接功率控制方法

以无工频变压器电力牵引传动系统为应用背景,对其中的全桥隔离DC/DC变换器开展研究。在电力牵引传动系统中,单相网侧脉冲整流器直流输出电压中含有二倍电网频率的电压脉动,该二倍频脉动可能会引起电机中的拍频现象。因此,为减小该二倍频电压脉动对DC/DC变换器输出电压的影响,研究全桥隔离DC/DC变换器在输入电压动态变化时的高性能控制方法非常必要。为提高全桥隔离DC/DC变换器在输入电压脉动以及突变情况下的动态响应性能,基于单相移控制方法,提出了一种直接功率控制方法,并进行了详细的分析。最后,基于RT-LAB和赛灵思XC3S500E的半实物仿真平台和基于TMS320F28335控制器的实物实验平台对所提出的控制方法进行验证,半实物仿真和实物实验结果表明:在输入电压突变、输入电压含有脉动和波动的情况下,该直接功率控制算法能有效提高输出电压的动态性能,减小输入电压扰动对输出电压的影响。     

基于电力电子变压器的串联型12脉波整流器

针对串联型多脉波整流器中移相变压器体积大与重量高等问题,研究一种基于电力电子变压器的串联型12脉波整流器.该整流器由AC-AC变换器及高频多脉波整流器组成;分析了AC-AC变换器的工作原理,并根据工作原理设计了其控制策略,获得了AC-AC变换器输入、输出电压之间的定量关系;设计了Y/Δ/Y型移相变压器,并根据其结构获得了其输入电压与整流桥输入电压之间的数学关系;利用开关函数法确定了2个三相二极管整流桥的导通模态,建立了电力电子变换器输入电压与整流器输出电压之间的定量关系;引入等效电阻的概念,建立了整流器解析模型,获得了电力电子变压器输入电流以及输入功率因数的表达式.仿真和实验结果表明,使用电力电子变压器代替工频主变压器后,主变压器体积和重量减小三分之二,电力电子变压器输入电流THD值为6.5％左右,负载电压和电流保持恒定.     

输入串联输出并联双有源全桥DC-DC变换器多模块优化功率平衡控制方法

通过分析电力电子变压器(PET)中的双有源全桥(DAB)DC-DC变换器的运行特征及所面临的问题,针对输入串联输出并联双有源全桥DC-DC变换器,基于三重相移(TPS)提出一种多模块优化功率平衡控制方法以同时提高变换器的效率及动态性能,并实现各个模块的传输功率均衡。相比于传统的输入电压均衡控制方法,该方法在不需要增加额外传感器的情况下,可以进一步提高变换器的效率,加强变换器对于输入电压突变时的响应能力并实现各个DAB模块的传输功率平衡。最后,搭建以TMS320F28335+FPGA_6SLX45为核心控制器的三单元输入串联输出并联DAB变换器小功率实验样机,对所提多模块优化功率平衡控制方法与输入电压均衡控制方法进行对比实验研究,验证了所提算法的正确性与有效性。     

三相AC/DC型电力电子变压器高频直流环节回流功率优化控制研究

级联H桥AC/DC型电力电子变压器中的高频直流环节通常采用双有源桥电路DAB(dual-active bridge),并通过移相控制方式进行能量传递。单移相控制会在DAB中引入回流功率,增加系统损耗。在由理想直流电压源供电的DAB中,通过改进的移相控制可以显著抑制回流功率。然而在电力电子变压器PET(power electronic transformer)中,交流电网侧的PWM整流环节会引入二次脉动功率,导致其高频直流环节的输入/输出电压变比存在低频脉动,使得现有的回流功率抑制方法难以获得期望效果。针对这一问题,分析了在PET模块电容电压存在低频脉动的情况下,采用单移相和扩展移相两种控制方式下的回流功率分布特征;同时,结合功率通道型三相AC/DC电力电子变压器,提出了功率解耦和扩展移相协同控制的回流功率抑制方法;通过功率解耦控制,抑制模块电容电压中的低频脉动,维持高频直流环节输入/输出电压变比恒定,并结合扩展移相控制,抑制PET中的回流功率。仿真和实验结果验证了所提方案可以有效抑制三相AC/DC型PET中高频直流环节内的低频脉动功率及回流功率。     

基于复合控制的电力电子变压器控制策略研究

在电力电子变压器（PET）中,针对高频变压器连接的输入级与输出级的变换器,现有的调制方法由电压、电流矢量计算和占空比组成,使得控制策略太复杂。在本文中,提出了一种复合控制应用在整个系统中,复合控制器由前馈解耦控制和智能预测控制两部分组成。前馈控制将基于PET系统中的交叉耦合电势进行完全解耦,然后智能预测控制通过的离散模型来预测电路变量,确保交流输出的电流参考值最接近前馈项的估计值。并且在下一个采样周期,选择最合适的开关状态来驱动功率器件。对系统输入和输出之间的不同电压幅值以及负载功率的变化进行仿真实验,仿真结果表明能够改善系统的稳态性能以及抗干扰能力,并得到单位功率因数运行,研究表明了所提出方法的正确性和有效性。     

级联型能源路由器的复合控制方法

以能源互联网的最核心环节—能源路由器为研究背景,将前端级联H桥和双有源全桥(DAB)级分别进行独立控制时,将DAB级等效为输入独立输出并联拓扑进行研究.为提高其输出端负载情况突变及输入电压突变时输出电压的动态性能,借鉴直接功率思想,结合闭环控制和前馈控制,以H桥内的超前桥臂与滞后桥臂之间的移相角为控制变量,提出了一种复合控制策略.通过实验将所提复合控制与传统电压闭环控制进行性能对比验证.实验表明:该控制方法极大提升了变换器的动态性能,其控制实现也相对简单且对电路参数依赖性较小,有较好的兼容性和可移植性,在其他类型变换器动态响应研究中有借鉴的潜力.     

双向有源全桥DC-DC变换器电流源模式的快速动态响应控制方法

电流源在电池充电系统中有着广泛的应用,而变换器的动态特性是能量转换系统的一个重要指标。该文以双向有源型全桥DC-DC变换器作为研究对象,以单相移控制为例,以提高变换器工作在电流源模式时的动态性能为目标,提出一种基于输入电压前馈的输出电流控制方法。并且分析该方法对电感参数的依赖性以及控制系统的稳定性。最后在基于TMS20F28335控制器的实物试验台上对所提出的基于输入电压前馈的输出电流控制方法和传统输入电压前馈控制进行对比验证。实验结果表明:在输入电压突变时,输出电流基本保持不变,显著的提高了变换器对输入电压变化的动态性能;在负载突变和给定突变时,变换器的响应速度是传统输入电压前馈控制的2倍,并且对电感参数偏差不敏感。     

独立输入并联输出全桥隔离DC-DC变换器直接功率平衡控制

以电力电子变压器为应用背景,对其中的独立输入并联输出全桥隔离DC-DC变换器展开研究。在电力电子变压器中,当各个输出并联全桥隔离DC-DC变换器电路模块的参数不匹配或各模块输入电压幅值不相等时,会造成各全桥隔离DC-DC变换器模块间传输功率不平衡现象,导致器件过流,严重时损坏开关管等器件。为实现各DC-DC模块功率平衡传输,基于直接功率控制思想,提出了独立输入并联输出全桥隔离DC-DC变换器功率平衡控制方法。此外,在大功率输出的情况下,为实现各并联DC-DC模块功率容量的充分利用,补充分析了部分单元模块过功率工况下的直接功率平衡控制方法。最后,基于RT-LAB和TMS320F28335的半实物实验平台对所提出的功率平衡控制方法进行验证。     

基于谐振式三电平半桥直流变换器的电力变压器拓扑结构

针对现有的几种典型电力电子变压器(PET)拓扑结构对电网电压暂升骤降的变化抑制能力较弱,无法保证负载电压的恒定,提出一种基于谐振式双侧三电平半桥直流变换器的电力变压器拓扑结构。该系统输入级使用三相三电平PWM变换器,有效确保了交流电网输入的电流和电压维持波形正弦及直流侧电压恒定,功率因数可调,降低了电路元件的耐压等级。隔离级采用LC谐振式的半桥三电平DC-DC变换器,该变换器可有效降低电路损耗,提高电能质量。在此基础上,结合系统的工作特征在本系统输入级、隔离级和输出级引入闭环控制策略,提高了电路的稳定性,保证了系统的输出电压的恒定,抑制了输入级电压突变对输出的影响。仿真结果验证了该方案的可行性和有效性。     

基于谐振式三电平半桥直流变换器的电力变压器拓扑结构

针对现有的几种典型电力电子变压器(PET)拓扑结构对电网电压暂升骤降的变化抑制能力较弱,无法保证负载电压的恒定,提出一种基于谐振式双侧三电平半桥直流变换器的电力变压器拓扑结构.该系统输入级使用三相三电平 PWM 变换器,有效确保了交流电网输入的电流和电压维持波形正弦及直流侧电压恒定,功率因数可调,降低了电路元件的耐压等级.隔离级采用 LC谐振式的半桥三电平 DCＧDC变换器,该变换器可有效降低电路损耗,提高电能 质量.在此基础上,结合系统的工作特征在本系统输入级、隔离级和输出级引入闭环控制策略,提高了电路的稳定性,保证了系统的输出电压的恒定,抑制了输入级电压突变对输出的影响.仿真结果验证了该方案的可行性和有效性。     

电力电子变压器的双有源全桥DC-DC变换器模型预测控制及其功率均衡方法

该文以电力电子变压器中的输出端并联双有源(dual active bridge,DAB)全桥DC-DC变换器为研究对象,针对其动态响应慢及传输功率不均衡问题,提出一种模型预测控制策略及其功率均衡方法。同时,为了增强控制算法的灵活性,借鉴于直接电流控制的思想,提出无负载电流传感器的模型预测控制策略。最后,搭建以TMS320F28335+FPGA_6SLX45为核心控制器三单元输出并联DAB的实验样机,对所提出的模型预测控制及其功率均衡方法和传统闭环电压制以及负载电流前馈控制进行对比实验验证。实验结果表明:该方法不仅可实现各个DAB模块的传输功率均衡,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。此外,当负载电流传感器损坏或缺省时,变换器仍然可以保持良好的动态特性并实现传输功率均衡。     

带三模式前馈四开关变换器平滑切换控制策略

四开关Buck-Boost(FSBB)变换器是近年来在光伏模块与集成电力电子领域引起广泛关注的一种拓扑。针对变换器运行死区导致输出电压瞬变和Boost模式右半平面零点限制系统带宽导致动态响应变慢等问题,提出了一种消除死区的带三模式输入电压前馈复合双闭环控制策略。首先通过分析改进三模式控制策略中占空比与电压增益之间的关系来消除死区,然后建立小信号模型推导关键传递函数,进而在电压电流双闭环控制的基础上推导三模式下相应的输入电压前馈函数。通过闭环输入到输出的对比分析证明系统动态性能得到有效提升,实现了系统的稳定运行和模式的近似平滑切换。建立的Matlab仿真模型与实验室的实物平台验证了所提策略的可行性。     

民用光伏并网逆变器不定向穿越控制技术研究

提出了一种基于电压前馈控制的民用光伏并网逆变器不定向穿越控制策略,对并网逆变器的有功输出及无功补偿控制进行了研究。基于电压前馈控制,该策略能够在电网电压发生不定向突变的瞬间,对由比例积分(PI)闭环控制延时和功率平衡原则等原因造成的并网电流突变进行抑制,实现对电网电压的瞬时跟踪;结合对并网逆变器有功输出及无功补偿控制的研究,该策略能按需实现对有功输出及无功补偿的动态调节。通过模拟电网电压不定向突变进行实验,验证了该策略的可行性和有效性。     

两级式单相逆变器二次纹波电流的抑制与动态特性的改善

两级式单相逆变器的瞬时输出功率以两倍输出频率脉动,使得前级DC-DC变换器和输入源产生二次纹波电流。前级DC-DC变换器采用电压电流双闭环控制能有效抑制二次纹波电流,但要求电压外环的截止频率很低,这将导致负载跳变时系统动态特性较差。从阻抗的角度出发,分析电感电流内环抑制前级DC-DC变换器和输入源中二次纹波电流的机理;提出在前级DC-DC变换器中引入含有两倍输出电压频率陷波器的负载电流前馈,该方法可在不增大二次纹波电流的情况下,显著改善负载跳变时的动态特性;最后,通过实验结果证明所提出的控制策略的有效性。     

基于电压前馈的输入串联输出并联型直流变压器反下垂控制策略

以双有源全桥(dual active bridge,DAB)DC-DC变换器为基本功率单元的输入串联输出并联(inputseries-output-parallel,ISOP)型直流变压器(DC solid state transformer,DCSST)十分适用于直流电网互联或大规模新能源汇集等高压大容量应用场合。文中针对现有的反下垂控制方法无法兼顾均压/均流特性与输出电压调整率的缺点,提出了一种电压前馈的反下垂控制方法。通过引入输入电压均值前馈实现了直流变压器输入电压与输出电压的解耦,使得直流变压器在实现均压/均流运行的同时,具有较好的稳压性能。最后,于PSCAD/EMTDC仿真软件搭建了以DAB变换器为基本功率单元的三单元ISOP型直流变压器仿真模型,对所提出的算法进行了对比实验验证。实验结果表明:该方法可以实现直流变压器各模块的传输功率平衡,同时具有较好的稳压性能。     

低输入电流纹波大升压比差动Boost型逆变器研究

为减少功率变换级数以及低频纹波对输入直流电源的影响,具有大升压能力和低输入纹波的单相逆变器具有重要的研究意义。本文深入研究了大升压比差动Boost逆变器电路拓扑、纹波抑制策略、电流纹波回路、输入电流反馈和输出电压复合控制策略。在传统波形控制基础上,通过输入电流反馈在输出滤波电容上叠加低频偶次电压来进一步减小输入电流中相应偶次谐波分量,使逆变器输出侧低频脉动功率在输出滤波电容与负载之间传递,阻断其向输入源传递;采用前馈与比例积分控制策略提高输出电压质量和输入电流质量。不同负载下的实验结果验证了这种变换器的可行性。     

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。     

两级式单相逆变器的二次功率解耦控制

两级式单相逆变器由前级DC/DC和后级DC/AC组成,通常利用负载电流前馈提高DC/DC的动态响应能力,但DC/AC输出瞬时功率的二次脉动,会由前馈通道使DC/DC的输入源产生二倍频电流。为了消除负载瞬时功率脉动对前级DC/DC的影响,提出在电压环引入串联虚拟阻抗以及增加电流环有功指令的前馈解耦控制方法,并推导出2条前馈通路的最优组合方式。在此基础上给出串联虚拟阻抗和有功电流前馈的优化选取方法以及控制器参数设计思路。该方法不仅能有效抑制输入侧的低频纹波电流,保证了系统的稳态性能,而且能够完整快速提取前馈分量,提高了DC/DC负载突变时的响应速度,实现了前后级之间的二次功率解耦。理论分析表明,所提控制既能满足二倍频电流抑制要求,又增大了电压环带宽,系统的动态特性更强。仿真和实验结果验证了所提控制策略的有效性。     

一种高频链矩阵整流器的闭环控制方法

为解决三相高频链矩阵整流器稳态情况下LC滤波器谐振导致电网电流低频振荡,动态过程中系统强耦合造成输出响应差的问题,提出了一种基于输入滤波电容电压和滤波电感电流反馈的闭环控制方法。首先建立三相高频链矩阵整流器的数学模型,根据整流器的小信号数学模型,建立电容电压控制内环、电感电流控制外环的双闭环控制策略;利用波特图和零极点对消,设计双闭环控制策略中比例积分(PI)控制器的系数。在闭环控制策略中,前馈解耦的控制方法消除了坐标变换导致的d,q轴电流互相影响,并且动态电容电压的闭环控制抑制了电网输入侧LC谐振导致的电网电流低频振荡。最后,通过实验验证了所提矩阵整流器闭环控制方法的可行性与有效性。