分布式供电系统中源变换器输出阻抗的研究

随着功率电子变换技术的发展,构建大型电力电子供电系统越来越多地采用模块集成的方式。美国海军提出的电力电子积木的概念对模块级的系统集成做出了很大贡献。该文提出一种新颖的系统集成的观点,即从系统级的高度将分布式供电系统中的源变换器的输出阻抗和负载变换器的输入阻抗作为标准化研究的对象。该文以分布式供电系统中常见的移相全桥DC-DC变换器为例,对输出阻抗进行了模型验证,并详细分析了输出阻抗的特点。为了便于将来制定出Buck类DC-DC模块的输出阻抗的标准,通过实验揭示了移相全桥DC-DC变换器的输出阻抗随功率等级、开关频率和控制方式变化时的规律。     

分布式供电系统中负载变换器的输入阻抗分析

直流分布式供电系统由多个子系统组合而成,子系统之间的相互作用容易导致系统稳定程度和动态性能降低,甚至于不稳定。通常,恒功率负载具有的负阻抗输入特性是导致级联系统不稳定的主要原因。该文针对直流变换器在恒功率负载的情况下,以分布式供电系统中负载变换器的输入阻抗作为标准化研究的对象。该文以分布式供电系统中常见的同步整流Buck变换器为例,详细分析了变换器的输入阻抗随功率等级、开关频率和控制方式变化时的规律。并进一步通过实验验证了理论分析的正确性。实验结果为将来制定出Buck类DC-DC模块的输入阻抗的标准打下基础。     

单周期控制DC/DC变换器稳定性分析

单周期控制变换器具有在一个周期内消除输入扰动的优点,在工程中常用小信号模型进行分析和设计.在此首先指出常用小信号模型的不足;其次用Filippov方法得到单周期控制Buck变换器一个完整周期内的状态转移矩阵并对其进行分析.可知当参考电压小于输入电压时,在任何电路参数情况下,单周期控制Buck变换器都处于稳定运行状态.对...     

基于开关纹波调制的电源线通信技术

利用电力电子电路产生的开关纹波作为通信载波进行数据传输,是实现电力电子装置网络化的方式之一。本文提出了基于开关纹波调制实现数据通信的基本原理,以及在不影响功率变换器工作情况下实现开关纹波调制的方法。针对输入端并联的分布式Boost电路,分析了主电路的纹波信号模型,并通过实验实现了基于纹波调制的FSK通信系统。该技术将数据传输机制直接嵌入电力电子变换电路,是一种低成本实现电源线载波通信的方法。     

考虑谐波耦合的车网系统谐波域SISO阻抗建模

我国电力机车和牵引网具有复杂的电力电子结构特性,由此而产生的车侧变换器和单相交流电网之间的谐波相互作用,容易导致整个车网系统出现低频振荡现象,严重影响车网系统的稳定。基于车网系统的时变特性,考虑车网之间的谐波耦合过程,提出了基于线性时变周期(linear time-periodic,LTP)框架的谐波状态空间(harmonic state space,HSS)小信号建模方法,以对车网系统进行研究。首先推导了车侧变换器的多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)谐波域阻抗模型,并揭示了由于车侧控制器中Park变换导致系统出现偶数倍基频频率耦合的过程。将建立的MIMO阻抗模型转换为保留了所有频率耦合信息的单输入单输出(single-input single-output,SISO)谐波域阻抗模型,从而进一步简化了阻抗测量和基于阻抗的稳定性分析过程。最后,通过Matlab/Simulink仿真平台与StarSim半实物平台验证了模型的精确性并基于所搭建的模型准确地评估了车网耦合系统的低频稳定性。     

多电平Buck变换器的解耦控制与闭环设计

多电平直流变换器利用飞跨电容使得输入电压在串连的各开关管之间均分，以降低开关管的电压应力。但该变换器是一个多输入多输出，强耦合的非线性系统。该文建立了多电平Buck变换器的小信号模型，并采用一种新提出的控制方法将该变换器解耦成多个单输入单输出系统，然后进行控制闭环的设计。论文采用三电平Buck变换器进行了实验验证。实验结果表明，所建立的小信号模型是正确的，基于该模型设计的补偿网络可以使变换器具有较快的动态响应。实验结果也表明输出电压闭环和飞跨电容电压闭环是相互解耦的。     

多电平直流变换器的解耦控制与闭环设计

多电平直流变换器利用飞跨电容使得输入电压在串连的各开关管之间均分,以降低开关管的电压应力。但该变换器是一个多输入多输出,强耦合的非线性系统。本文建立了多电平Buck变换器的小信号模型,并利用文献[7]提出的控制方法将该变换器解耦成多个单输入单输出系统,然后进行控制闭环的设计。论文采用三电平Buck变换器进行了实验验证。实验结果表明,本文所建立的小信号模型是正确的,基于该模型设计的补偿网络可以使变换器具有较快的动态响应。实验结果也表明输出电压闭环和飞跨电容电压闭环是相互解耦的。     

多电平直流变换器建模与闭环设计

多电平直流变换器利用飞跨电容使得输入电压在串连的各开关管之间均分，以降低开关管的电压应力。但该变换器是一个多输入多输出，强耦合的非线性系统。本文建立了多电平直流变换器的小信号模型，并利用文献[7]提出的控制方法将该变换器解耦成多个单输入单输出系统，然后进行控制闭环的设计。论文采用三电平直流变换器进行了实验验证。实验结果表明，本文所建立的小信号模型是正确的，基于该模型设计的补偿网络可以使变换器具有较快的动态响应。实验结果也表明输出电压闭环和飞跨电容电压闭环是相互解耦的。     

基于电流空间矢量预测控制的HFLMR研究

高频链矩阵整流器是一种新型的电力电子变换器,具有体积小、重量轻、转换级数少和可靠性高等特点。分析了高频链矩阵整流器的双极性空间矢量调制策略,提出了基于参考输入电流空间矢量的预测控制算法,建立了基于该预测控制算法的高频链矩阵整流器系统仿真模型。该预测控制算法具有计算量小,开关频率固定,可靠性高等特点,能实现高频链矩阵整流器输入侧电流正弦、单位输入功率因数和稳定的输出直流电流。仿真结果验证了所提控制策略的有效性。     

电力电子变换器的开关布尔矩阵及潜电路分析

针对现有电力电子变换器潜电路分析方法存在的不足,提出了基于开关布尔矩阵分析电力电子变换器潜电路的统一方法.根据电力电子变换器的开关状态,建立变换器的开关布尔矩阵,通过布尔运算消去全开关布尔矩阵中的正常工作模态开关向量以及无效开关向量,得到变换器的潜开关布尔矩阵,进而辨识出变换器中存在的潜在开关路径和潜电路模态.以Mat...     

一种单输入双输出高增益DC-DC变换器

随着分布式发电在中低压场合的应用越来越广泛,对高增益直流变换器的需求日益增加。提出一种新型单输入双输出高增益DC-DC变换器。该变换器在传统Boost电路基础上引入电容和二极管组成极性反向极,功率端口通过差分连接方式互联,提高了变换器电压增益,降低了开关管电压应力;同时端口功率控制彼此独立,进一步提高了电能路由的灵活性。详细分析了该变换器的电路结构和工作原理,推导出稳态特性下的电压增益、主要开关器件电气应力以及电流纹波等表达式。在此基础上,提出了基于矢量时间作用的模型预测控制策略,建立了该变换器预测模型、推导出开关管矢量时间以及设计了目标函数寻优过程。最后,通过仿真和实验验证了所提变换器及其控制策略不仅可行、有效,而且具有高运行效率与低电压应力。     

Switching frequency determination of a bidirectional AC-DC converter to improve both power factor and efficiency

This paper investigates the possibility to optimize both the efficiency and the power factor of energy conversion systems which include power electronic converters. The values of these important power quantities depend on different parameters, such as the switching technique and the switching frequency of the power electronic elements. Comparing the already known and used switching techniques with each other we can conclude that the sPWM method offers the highest values of the efficiency and the power factor simultaneously. However, when using this technique the basic current harmonic lags as to the voltage in case of ohmic inductive loads resulting in the decrease in the power factor. In the present work a new sPWM switching technique is suggested in order to achieve higher power factor and efficiency compared to the traditional sPWM method. The aforementioned switching technique is a modified sPWM method based on an appropriate shifting of the input current to the grid voltage. But, the following question is raised: Is there a switching frequency value in a given converter topology by which both the efficiency and the power factor gain optimal value? Thus, the main aim of the present paper is determine this specific switching frequency value. This is achieved by using a simple method based on a criterion suggested in this work. In order to demonstrate how this specific frequency value can be found, a bidirectional AC-DC converter composed of a single phase bridge and two switching elements at the DC side is used. This proposed converter topology excels in that the total number of the switching elements is minimal. The study of this subject is carried out through Matlab/Simulink simulation and experimentation.     

Current Injected Equivalent Circuit Approach to Modeling and Analysis of Current Programmed Switching DC-DC Converters (Discontinuous Inductor Conduction Mode)

The current injected equivalent circuit approach (CIECA) to modeling switching converter power stages is extended to model the current programmed converter power stages operating in fixed frequency discontinuous inductor conduction mode. To demonstrate the method, the modeling is carried out for the buck, boost, and buckboost converters to obtain small signal linear equivalent circuit models that represent both input and output properties. The results of these analyses are presented in the form of linear equivalent circuit models as well as transfer functions.     

一种新型临界模式控制的变频软开关全桥DC/DC变流器

储能电感位于原边的全桥DC/DC变流器(full bridgeconverter with primary side energy storage inductor,FB-PESI),采用传统的固定频率、移向控制(phase-shift,PS)方式时主要工作于断续导通模式(discontinuous conductionmode,DCM),不适合应用于宽范围电压输入的场合。为克服PSFB-PESI变流器的这一缺点,提出一种新型的采用变频(variable frequency,VF)控制策略的FB-PESI DC/DC变流器(VFFB-PESI)。该VFFB-PESI变流器不仅保留了PSFB-PESI变流器宽范围软开关、高效率、高功率密度的优点,还可始终工作于临界导通模式(critical continuous operation mode,CrCM),从而在宽输入电压范围内均可获得较高的变换效率。同时给出了针对该VFFB-PESI变流器的损耗分析方法和优化设计流程。通过制作的300 W、200~400 V输入、12 V输出样机实验,验证了理论分析的正确性。     

单周期控制ZVS PWM全桥三电平电流源

单周期控制是一种用于功率变换器的新型非线性控制策略,当输入电压发生扰动时,仅在一个周期内就可以实现控制目标。在简要分析单周期控制机理的基础上,提出了一种改进的单周期控制方法,并在ZVS全桥三电平直流电流源中验证了这种新颖的控制方法。基于单周期控制研制了一台3kVA的ZVS全桥三电平直流电流源实验样机;给出了设计实例和实验结果。实验结果表明,该变换器的控制方法简单、可靠且通用性强。     

Boost功率因数校正变换器单周期控制适用性的理论分析和实验验证

当输入或者负载跳变时,单周期控制是功率变换器中一种新型的非线性控制策略,单周期就可实现控制目标.然而,单周期控制在功率变换器中的普适性并没有相关研究,限制了它的进一步发展和应用.该文以Boost变换器作为研究对象,引入切换线性系统的概念和理论,基于Boost变换器切换线性系统模型严格证明单周期控制在Boost变换器中的适用性,由此提供一种单周期控制在一般功率变换器中适用性分析方法.在理论研究的基础上,给出了单周期控制Boost变换器实现功率因数校正的一个实际范例.     

基于半导体功率损耗的小型风电变换器可靠性研究

基于半导体功率损耗,针对小型风电永磁电机常用的Boost(Intermediate boost converter,IBC)、Buck-boost(Intermediate buck-boost converter,IBBC)、背靠背(Back-to-back converter,BBC)、矩阵(Matrix converter,MC)变换器可靠性进行分析,确定变换器在特定风速下的失效周期和可靠性。在统计学基础上,建立了变换器元件的故障率统一计算模型。通过计算电力电子器件的开关损耗和导通损耗,确定Boost变换器相对其他变换器具有最高的失效周期。同时确定出变换器组件中,逆变器可靠性是影响变换器可靠性最重要的因素。通过现场数据比较四种变换器可靠性和使用寿命,证明理论分析是正确的。     

基于双有源桥式DC-DC变换器的电力电子牵引变压器的电压平衡控制

提出一种基于双有源桥式(DAB)DC-DC变换器的电力电子牵引变压器(PETT)的电压平衡控制策略,分析这种控制策略的作用机理,并提出一种PETT的起动控制方法。建立单个DAB的数学模型、DAB并联系统的整体模型以及DAB并联系统的电压平衡控制模型,以方便、有效地进行输出电压控制器、输入电压平衡控制器的设计。基于两单元PETT实验平台,开展仿真和实验研究,仿真和实验结果一致,变换器的稳态和动态控制性能良好。仿真和实验结果验证了所提方法的正确性和有效性。     

Soft‐Switching Interleaved PFC Converter with Lossless Snubber

This paper describes a soft‐switching interleaved power factor correction (PFC) converter with a lossless snubber. AC–DC converters require a unity input power factor characteristic with highly efficient operation to prevent the inflow of harmonic current to the power source. The proposed PFC converter improves the input current ripple with interleave control. The converter realizes a high efficiency by the soft‐switching operation of all switching devices without a large auxiliary resonant circuit. This paper introduces the soft‐switching operation of the converter. In order to confirm the validity of the proposed converter, experiments with a prototype of the PFC converter have been performed. The experimental results indicate that the proposed converter can realize the soft‐switching operation of all switching devices, a reduction in the input current ripple, a unity power factor of 98% or more, a sinusoidal input current, and constant output voltage control. The efficiency of the proposed PFC converter with a lossless snubber is higher than that without the lossless snubber. The results presented in this paper confirm the validity of the proposed converter.