基于梯度下降法的DAB变换器双重优化控制

针对双有源桥(DAB)变换器电流应力与回流功率的优化问题,提出一种基于双重移相(DPS)控制的双重目标优化控制策略。首先建立DAB变换器在DPS控制下的数学模型,通过分析运行状态确定约束条件并构建针对电流应力与回流功率的目标函数,其次引入移相比关系量θ确保移相比取值在约束范围内,应用梯度下降法寻优并结合基于输出电压反馈的补偿控制构建完整的双重优化控制策略。最后通过Matlab/Simulink仿真和搭建使用TMS320F28335控制器的实验平台验证了所提控制策略的有效性。     

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.     

双向全桥DC-DC变换器回流功率优化的双重移相控制

隔离式双向全桥DC-DC变换器(isolated bidirectional dual-active-bridge DC-DC converter,IBDC)采用单移相控制时会产生较大的回流功率和电流应力,导致损耗增加。该文通过建立IBDC采用单和双重移相控制时的输出功率及回流功率数学模型,推导出回流功率与移相比及输入/输出电压调节比之间的数学关系,提出一种以回流功率最小为目标的双重移相回流功率优化控制策略。该控制策略根据传输功率及输入/输出电压调节比所处的不同范围,采用分段优化方法,得出各范围内的最优内移相比。通过仿真计算,对比研究该优化策略与单移相控制下的回流功率曲线。文中给出详细的优化控制算法和系统控制方案,并基于该方案设计制作实验样机。实验结果验证了所提出双重移相回流功率最优控制策略的有效性与可行性。     

抑制DAB变换器回流功率的双重移相调制策略

双有源桥(Dual Active Bridge, DAB)变换器在传统双重移相(Dual Phase Shift, DPS)调制下,变压器两侧电压不匹配时,中小功率区域内回流功率较大。针对以上问题,提出一种抑制回流功率的双重移相(Dual Phase Shift for Reactive Power Suppression, DPS-RPS)调制策略。首先对DPS-RPS调制的工作原理进行分析并建立数学模型,基于该模型对电流应力进行优化。然后在电流应力最小化条件下分别对DPS调制和DPS-RPS调制的回流功率及电流应力大小进行对比。结果表明,相比较于DPS调制,DPS-RPS调制在中小功率区域内减小了回流功率的同时降低了电流应力。最后通过实验验证了所提DPS-RPS调制的可行性及有效性。     

双有源桥变换器电流应力优化的双重移相调制方式

为了减小双有源桥DAB(dual active bridge)变换器在双重移相DPS(dual phase-shift)调制方式时,由于变压器原、副边电压不匹配导致电流应力增大的问题,基于DPS调制方式,在不增加新的移相控制变量的前提下,改变内外移相角间的约束关系,提出了一种电流应力优化的新型移相IDPS(improved dual phase-shift)调节方式。分析了IDPS工作特性,建立电流与功率的数学模型;提出电流应力优化控制方法,并与传统DPS调制方式对比,分析电流应力与回流功率特性。最后搭建实验平台验证,提出的IDPS调制方式与传统DPS方式相比,降低了轻载与中载时的电流应力与回流功率。     

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。     

基于TPS的双向全桥DC/DC最小回流功率控制

三重移相控制(TPS)引入了内部移相角,使得移相控制具有3个自由度,因此可改善全桥DC/DC变换器的功率调节范围。通过分析TPS下双向DC/DC变换器的工作原理,建立了变换器输出功率和回流功率的数学模型,并分析了3个移相比参数对输出功率的影响,在此基础上提出了基于最小回流功率控制的TPS策略。最后,将所提控制策略应用于实验样机,并与单移相控制(SPS)和双重移相控制(DPS)进行了比较,实验结果表明,基于最小回流控制的TPS策略可有效提高变换器的效率。     

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。     

能量路由器中双有源桥直流变换器多目标优化控制策略

为提升能量路由器中双有源桥(DAB)变换器的传输效率,同时改善系统的动态特性,该文提出一种基于扩展移相的输出电压模型预测控制与梯度下降算法实现回流功率优化的混合控制策略。首先,建立DAB变换器在单移相和扩展移相控制下的传输功率数学模型,分析回流功率产生机理,并推导扩展移相控制下的输出电压状态空间平均化方程;其次,在DAB变换器输出电压模型预测控制基础上提出基于梯度下降算法的回流功率优化策略。搭建小功率实验样机,并与传统单移相控制进行对比,实验结果证明了该文所提控制策略的有效性及正确性。     

一种改进的双向全桥DC/DC变换器双重移相调制

为减小隔离双有源全桥DC/DC变换器在传统双重移相(DPS)调制下非重载区较大的回流功率和电流峰值,这里提出一种改进的DPS(NDPS)调制策略。NDPS调制相比于传统DPS调制在非重载区基本无回流功率,且在相同的传输功率下大大减小了电流峰值,进而提高了变换器的效率。这里重新定义了NDPS的两个移相自由度,建立了NDPS调制的传输功率、回流功率和电流应力数学模型,并对比分析了NDPS和DPS调制在同一传输功率下的回流功率和电流峰值。通过对比分析可知,NDPS调制有效减小了在非重载区的回流功率和电流峰值,进而有效提高了变换器运行效率。最后通过实验验证了该移相调制策略的有效性。     

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。     

双重移相控制的双向全桥DC-DC变换器及其功率回流特性分析

为了减小双向全桥DC-DC变换器的功率环流,分析传统移相控制中存在的功率回流现象,并分析回流功率对提高功率环流和电流应力所起的作用。在此基础上,提出一种双重移相控制方法。相比传统移相控制,该方法不仅具有更小的功率环流和电流应力,同时扩大了传输功率的调节范围,增强了功率调节的灵活性。详细介绍和分析双重移相控制的工作原理,给出变换器的工作模态分析,建立传输功率及回流功率的数学模型,并对比双重移相控制和传统移相控制的控制性能。最后,通过实验结果验证了双重移相控制的优越性。     

独立输入并联输出双有源全桥DC-DC变换器无电流传感器均流控制

针对电力电子变压器(power electronic transformer,PET)中的独立输入并联输出双有源全桥(dual-active-bridge,DAB)DC-DC变换器的功率平衡问题,基于双重移相控制(dual phase shift,DPS)提出一种无电流传感器均流控制策略,可保证系统各相DAB模块在参数不匹配或输入电压幅值不相等时能实现传输功率的自动平衡。该方法通过扰动实现系统参数的自动估算,并完成各相并联输出模块的逐级自动均流,从而实现各DAB并联模块的功率平衡控制;相比传统的单移相均流控制方法,提高了变换器运行效率的同时简化了系统电路降低成本。以两相独立输入并联输出系统为例,搭建10kW实验平台进行稳态和暂态实验,验证所提出控制方法的可行性和优越性。     

一种基于KKT算法的DAB回流功率优化方法

针对双有源桥(DAB)DC/DC变换器回流功率优化效果易受电压传输比和传输功率影响问题,建立了DAB变换器在移相控制下的传输功率和两侧回流功率模型,分析并推导了零电压开关(ZVS)软开关边界,并以此为约束条件,提出了一种基于Karush-Kuhn-Tucker(KKT)条件优化算法的两侧回流功率优化方法。基于此,通过功率分段三移相(PSTPS)优化控制,实现了DAB全功率范围内两侧回流功率优化,且所有开关管可实现ZVS软开关。最后,基于搭建的实验平台验证了所提优化方法的正确性和有效性。     

双有源桥DC-DC变换器的回流功率优化控制

针对隔离型双有源桥DC-DC变换器在采用传统的单重移相控制时存在较大的回流功率的问题,提出了一种全工况条件下自然分段优化的双重移相控制策略实现回流功率优化控制。通过对双重移相控制下的DAB变换器分析以及数学建模,推导出全工况条件下自然分段回流功率优化控制策略,借助Matlab仿真软件搭建仿真模型,仿真实验表明全工况自然分段优化控制策略可以有效降低系统回流功率。通过搭建实验电路,验证了优化控制策略的正确性与有效性。     

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.     

基于强化学习的双主动半桥直流变换器的效率优化方案

为减小双主动半桥直流变换器（DAHB）在传统双重移相（DPS）调制下轻载区较大的功率损耗,该文提出一种基于强化学习（RL）的DPS调制效率优化方案（QDPS）。该方案使用Q-learning算法作为一种RL的典型算法,通过对智能体进行离线训练,得到优化后的调制策略QDPS。该策略能够为DAHB直流变换器提供最优的移相角,有效减小变换器在轻载区的功率损耗。与现有的单移相控制策略和双重移相控制策略相比,QDPS移相控制策略能够有效提高变换器的运行效率,改善变换器的性能。最后,通过Matlab/Simulink仿真验证了所提出优化方案的有效性。     

基于双有源桥DC/DC变换器回流功率优化的变频移相混合控制策略

分析了双重移相控制的双有源桥DC/DC变换器功率回流现象,并以减小回流功率为目标对双有源桥双重移相控制策略进行优化,推导出近似最优回流功率控制曲线。在此基础上,进一步提出了变频移相混合控制策略,使变换器控制参数在负载变化时保持在最佳工作点。最后,以理论推导为基础搭建了双有源桥实验平台,实验结果验证了所提方法对增加变换器效率的有效性。     

基于双重移相控制的双向全桥DC-DC变换器动态建模与最小回流功率控制

通过分析双重移相控制下双向全桥DC-DC变换器的软开关约束条件及功率传输特性,提出了满足软开关条件的基于最小回流功率的双重移相控制策略,建立了双重移相控制下变换器的动态小信号模型。最后,通过实验样机,分析了基于最小回流功率双重移相控制策略的变换器动态和稳态特性,对动态模型和最小回流功率控制策略进行了验证。实验结果表明了采用基于最小回流功率控制对提高变换器效率的有效性。     

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。