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...     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

扩展移相控制的双有源桥DC-DC变换器的优化控制策略

该文将扩展移相控制下的双有源桥DC-DC变换器分为0≤D_1≤D_2≤1与0≤D_2D_1≤1两种工作模式,分析扩展移相控制下的电流应力特性与零电压导通特性,推导在此控制方式下全功率范围内实现最小电流应力的优化方案,该方案能使所有开关管在全功率范围内实现零电压导通。对比该方案与现有的扩展移相控制方案、双重移相控制方案、三重移相控制方案的电流应力优化效果与零电压导通特性。同时,该文将双有源桥DC-DC变换器的稳态性能与动态性能的优化相结合,为增强其动态性能,提出环内直接功率控制方案,该方案与最小电流应力控制方案同时作用,当运行状况发生变化后,在保证对电流应力优化的同时,能实现快速的动态响应。最后通过实验结果验证该方案的有效性。     

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。     

一种优化电流应力的双有源桥式DC-DC变换器双重移相调制策略

为了减小双有源桥式(DAB)DC-DC变换器在传统双重移相调制下(DPS)非重载区的电流应力,该文提出一种优化的双重移相(ODPS)调制策略.该优化的双重移相调制通过对内外移相角之间的关系重新约束,将影响电流应力最大的调制系数设置为0来减小电流应力,从而提高变换器整体效率.通过对优化的双重移相调制传输功率、电流应力和回流功率建立数学模型,并与传统DPS进行对比,分析两种移相调制同一传输功率下电流峰值和回流功率.最后通过实验验证了该文提出的优化的双重移相在非重载条件下电流峰值、输出效率等性能的优越性和理论分析正确性.     

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。     

基于扩展移相控制下双有源桥移相角优化选取与分析

双有源桥(DAB)采用扩展移相(EPS)控制时,在同一传输功率下存在移相角的多种不确定组合。合适的移相角选取不仅是确保DAB满足功率传输要求的前提,同时也是降低回流功率、减小电流应力的重要保障。基于此,首先,提出了一种EPS控制下的DAB移相角优化选取方法,所建立的传输功率表达式可以降低传输功率特性的分析难度和计算复杂度;其次,在综合考虑回流功率与电流应力优化的前提下,可以进一步明确移相角的选取范围;最后,仿真与实验验证了理论分析的正确性。     

基于双重移相控制的双向全桥DC-DC变换器最小回流功率分段优化控制

双向全桥DC-DC变换器以其重量轻、高功率密度、能量双向流动等优点成为直流微电网中不可或缺的一部分。但双向全桥DC-DC变换器在传统的单重移相控制下存在回流功率和电流应力等问题,尤其当输入电压和输出电压不匹配时,回流功率和电流应力会显著增加。针对输入电压和输出电压不匹配的情况,该文提出了一种双向全桥DC-DC变换器在双重移相下的最小回流功率控制策略。该控制策略通过对回流功率进行分段优化,得到了变换器在不同传输功率范围下的最优移相角。通过将所提控制策略和传统的双重移相控制进行对比分析,发现该文所提控制策略具有更小的回流功率和电流应力,提升了变换器的效率。最后基于所提控制策略搭建了实验样机,实验结果验证了控制策略的正确性和有效性。     

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.     

基于双重移相控制的双有源DC-DC变换器的最优电流控制

针对双有源dc-dc变换器采用传统单移相控制时存在环流功率以及电压不匹配时电流应力过大的缺点,双重移相控制备受青睐。本文首先分析了双重移相控制的所有模态、并以其中一种模态为例分析了双重移相控制的工作原理,分别分析推导得出单移相和双重移相控制方式下双有源dc-dc变换器的传输功率和电流应力。在此基础上,分析推导了双重移相控制所有模态下电流应力最小的条件以及最优电流控制原理和实现方案,使双有源dc-dc变换器工作在电流应力最小状态,提高了效率。最后通过实验验证了最优电流控制正确性和优越性。     

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。     

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。     

DAB变换器暂态直流偏置的分析和抑制策略

双有源桥(DAB)变换器在闭环追踪功率快速调节的过程中,移相比的突变会造成随后几个开关周期内暂态直流偏置的产生.暂态直流偏置会导致开关管电流应力增大,严重时还会引发变压器磁饱和.此处重点分析DAB变换器在三重移相(TPS)控制下,通过调整暂态过程期间开关管开通关断时刻,使DAB变换器在移相比突变之后在一个开关周期内过渡到下一稳定状态.该方案可以减小移相比突变带来的电流冲击和直流偏置,加快暂态过渡过程,且该方案同样适用于单移相(SPS)、扩展移相(EPS)和双重移相(DPS).最后搭建实验平台,通过实验结果验证了该方案的有效性.     

基于全桥隔离双向变换器的直流变换技术

针对全桥隔离双向变换器移相角调节范围选取问题进行了深入研究。根据同一传输功率下变换器电流应力最小原则,确定了移相角调节范围。针对变换器采用全桥移相控制方式时,产生无功环流的问题进行了定量分析,研究了无功功率的变化规律。基于全桥隔离双向变换器,提出了变开关频率的蓄电池最优充放电管理方案,提高了变换器充放电效率,同时延长了蓄电池使用寿命。最后,搭建了2.5k W实验平台并进行了相关实验,实验结果验证了以上理论分析的正确性。     

基于动态矩阵控制的DAB变换器电流应力与回流功率优化方法

针对双重移相控制的双有源桥(DAB)变换器存在的电流应力和回流功率问题,建立了电流应力和回流功率的权重优化函数,其设计原则为保证电流应力抑制效果并同时减小回流功率.分析了权重因子的优化选取过程,从而获取2种工作模式下DAB变换器的内、外移相比.为了改善DAB变换器输出电压的动态响应性能,提高负载适应性和鲁棒性,提出了基于动态矩阵控制的电压预测控制方法.最后,结合StarSim实时仿真机和DSP芯片搭建了DAB变换器的半实物实验平台,实验结果验证了所提控制策略在提高DAB变换器电压动态响应性能、抑制电流应力和减小回流功率方面的有效性和正确性.     

三端口隔离DC-DC变换器的暂态直流偏置机理及抑制策略

三端口隔离DC-DC变换器(TAB)作为分布式光伏接入直流配电系统的一种积极探索与尝试,具有控制灵活性高及供电可靠性好的优势。传统移相控制方法下,当移相角发生突变时,各端口电感的高频链电流及高频变压器的励磁电流中存在暂态冲击和直流偏置现象,进而可引起开关管电流应力增加,导致变压器单向饱和,威胁变换器的安全运行。该文在量化TAB暂态直流偏置的基础上,从开关管驱动信号出发,剖析暂态直流偏置的形成机理,构建可抑制直流偏置分量的驱动信号数学模型,提出了两种典型的驱动信号组合方法。不同于占空比恒定的移相控制策略,该文通过改变各端口方波电压的占空比或加入与移相角相关的零电压阶段,进而可在一个开关周期内同时抑制各端口高频链电流及变压器励磁电流的直流偏置分量。通过模拟移相角跳变及输出功率突变,对比分析了传统移相控制策略与该文所提直流偏置抑制策略下各端口的响应特性。仿真及实验结果表明,该文所提方法不仅适用于移相角的多步阶跃跳变,在移相角连续变化的过程中也是有效的。