三相变流器LCL滤波器参数优化新方法

LCL滤波器体积较小,对高频电流谐波有着显著的抑制作用,广泛应用于大功率三相AC/DC变流器中。LCL滤波器的参数设计大多考虑开关频率处的谐波,以LCL滤波器输入输出端的谐波电流衰减作为优化目标,往往会导致参数设计大于实际要求,增大滤波器体积与成本,且不易理论验证是否满足总谐波失真(total harmonic distortion,THD)要求。提出一种基于THD估算的LCL滤波器设计优化方法,将THD估算模型代替实际LCL滤波器模型进行试验设计,以IEEE Std 1547.2-2008规定的并网标准中总谐波畸变率为优化目标,滤波器谐振频率为约束条件,单次谐波畸变率为修正因子,通过简化梯度算法进行LCL滤波器参数的优化,并讨论闭环系统的稳定性和电流环PI控制器的影响。最后通过仿真和实验验证了设计的合理性。

SVPWM控制三相并网逆变器AFD孤岛检测方法

三相并网逆变器在新能源发电系统和电动汽车等领域起着重要的作用,为确保系统安全稳定运行,孤岛检测是十分必要的。对基于空间矢量控制的三相并网逆变器,传统的主动频移法(active frequency drift,AFD)不能直接应用,存在检测盲区的问题,且施加的频率扰动量会对三相进网电流波形质量造成一定的影响。提出一种基于空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)控制三相并网逆变器的AFD孤岛检测方法,其对锁相环(phase-locked loop,PLL)计算出的相角施加扰动,但不属于主动移相法。分析孤岛检测盲区的成因以及消除盲区的可能性,并对施加扰动后的三相电流进行谐波分析,提出抑制谐波的改进半解耦控制算法,最后给出仿真和实验结果。

双向三相AC/DC变流器的无锁相环控制策略

三相AC/DC变流器广泛应用于中高功率场合,空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)以其直流电压利用率高、谐波含量低等优势,成为三相AC/DC变流器的一种常用控制方式。其需要检测电网电压进行锁相,得出电网电压的瞬时相位角,并参与坐标变换,最终得到空间电压矢量的基准。然而,由于电网电压存在畸变,且对电网电压的检测和锁相角计算过程中会产生一定的误差,从而影响控制精度。针对可实现能量双向流动的三相AC/DC变流器,讨论进行无锁相控制的可行性,提出一种无锁相环SVPWM控制方法,分析电网实际频率与参与坐标变换的相位角给定频率出现偏差时对变流器的影响,并采用无功功率闭环调节控制策略,对频率给定进行实时校正,最后通过仿真和实验验证了理论分析的正确性。

一种半周期SVPWM控制的三相双向双Buck/Boost变流器

三相AC/DC变流器广泛应用于中高功率场合,传统的三相桥式拓扑上下桥臂功率管直接相连,存在直通问题,需要在驱动信号中加入死区,导致大量低次谐波的产生。三相双Buck/Boost拓扑克服了上下桥臂的直通问题,无需设置死区,大大减小了交流侧的电流谐波。分析三相双Buck/Boost变流器的工作模态,定义半周期冗余开关信号,论证屏蔽冗余开关信号的必要性,讨论整流、逆变双向切换及半周期控制的过零畸变问题,并提出改进的半周期双向空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)控制策略,通过仿真与实验验证理论分析的正确性。

三相双Buck逆变器过零畸变问题与解决方法

双Buck拓扑克服了传统桥式拓扑上下桥臂的直通问题,将其应用于三相并网逆变器,能够避免驱动信号死区引入的低次谐波,从而降低进网电流谐波含量,且外接快恢复二极管续流,减小了反向恢复损耗。然而,为消除电感的偏置电流以及提高逆变器效率,双Buck逆变器需采用半周期控制策略,导致了进网电流的过零畸变。针对带LCL滤波器的三相双Buck逆变器,分析半周期控制所导致过零畸变的原因,提出带纹波电流负反馈的半周期空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)控制方法,通过在过零点处改变空间电压矢量的基准,有效地消除了进网电流过零畸变,并讨论新型控制算法对系统稳定性的影响,通过仿真和实验验证理论分析。

基于航空交流电网的Boost/半桥组合式软开关谐振PFC变换器

研究一种采用Boost变换器和半桥变换器级联所构成的功率因数校正(power factor correction,PFC)变换器拓扑,其工作在电流连续模式(continue current mode,CCM)模式下,仅在半桥变换器输出端使用储能电容补偿瞬时输入输出功率的不平衡。半桥变换器桥臂电容作为Boost变换器输出端电容。通过适当的控制策略,降低了容值,无需高耐压等级的电解电容,提高了电路工作的可靠性。变压器漏感参与谐振,实现了半桥变换器功率管的软开关。分析PFC变换器的电路拓扑,给出前后级的控制逻辑关系,讨论软开关实现的条件以及减小电容规格的可行性,给出仿真及实验结果,证明该变换器具有良好的性能,满足GJB181A的要求。

两级宽输入开关电源占空比振荡的几何分析

研究了一种电流控制型双BUCK级联形式的宽输入开关电源,其适应输入电压的宽范围变化,能够随输入电压的变化而调整工作模态,从而减小电路损耗与器件的电压应力。然而采用电流型控制方式会导致次谐波振荡,导致系统的不稳定,从几何角度分析了引起功率管占空比振荡的原因,介绍了电流的斜坡补偿技术,并在仿真分析的基础上搭建了实验平台,从而验证了设计方案的可行性。

两级宽输入DC/DC变换器设计与建模分析

宽输入DC/DC变换器功率器件承受电压应力变化范围大,增加了电路损耗,减小了使用寿命。两级式变换器能够减小电路中功率器件的电压应力,但控制较为复杂。此处研究了一种电流控制型双Buck级联形式的宽输入开关电源,仅对后级电路进行闭环控制,简化了控制,有效减小了电路体积。建立了电路传递函数模型,讨论了电路的稳态特性及动态特性,进行了电路的稳定性分析,并通过仿真与实验分析,证明了电路具有良好的动态性能和输出稳定性,从而验证了设计方案的可行性。

一种减小PFC变换器电容规格的方法

常规的由Boost和DC/DC变换器级联构成的两级式PFC变换器,在Boost电路输出端要接高耐压等级的电解电容作为储能电容,不仅体积大、价格高,而且寿命短,为此本文研究了一种低压输出的Boost/半桥组合式软开关谐振PFC变换器。该变换器利用半桥电路输出端的低压电解电容平衡瞬时功率,Boost电路输出端电容与变压器漏感谐振,并不大量储能,由此减小了Boost电路电容的规格,提高了工作可靠性。讨论了该变换器的控制策略,前后级共用一套控制电路,实现功率管的软开关和能量的传递。分析了降低电容容值的可行性,指出采用小容值非电解电容替代Boost电路输出端的大容量电解电容后,变换器具有良好的性能。给出了Boost和半桥电路输出端电容的设计方法,进行了实验验证。

基于现代识别技术的抗孤岛效应检测方法

将现代特征识别技术移植至孤岛检测方法中,提出一种基于特征识别的孤岛检测技术,通过对逆变器系统进行特征分析与提取,将实际检测到的相关参数与逆变器正常并网时的特征参数进行比对,从而判断出孤岛的发生。为避免误判断,提高孤岛检测的实时性,增加了交流侧电压纹波正反馈环节,变被动式检测为主动式检测。仿真和实验结果表明:所提出的孤岛检测方法能有效、快速地检测出孤岛。

原边双绕组耦合的高效无死区直流变压器

该文提出一种适用于电动汽车无线充电系统的新型原边双绕组耦合直流变压器(DC transformer,DCT),在不增加额外电感的前提下,从拓扑上消除了桥臂直通问题,无需加入死区,提高了直流电压利用率。此外,功率管能够实现零电流开通,并通过变压器并联效应减小漏感的影响,提高变压器传输效率。文中给出能够实现自动功率匹配的三级式无线充电系统结构,讨论DCT在系统中的作用与优势,详细分析所提出的DCT拓扑与工作原理,提出多线圈耦合电路的等效方法,最后通过与全桥DCT的仿真和实验结果对比,验证理论分析的正确性和所提出DCT的先进性。

考虑温度影响的锂电池功率状态估计

动力电池的功率状态(SOP)是电动汽车安全控制及能量回收的重要参数之一。现有针对常温的SOP估计方法并不准确,从而导致高温或低温下的锂电池工作电流过大,影响电池安全与循环寿命。通过测量不同温度下的锂电池容量及内阻,建立锂电池容量-温度模型以及内阻-温度模型,准确预测锂电池相关参数在不同温度下的变化情况,并采用基于EKF的多参数约束法进行SOP估计。该方法适用于不同温度下的锂电池,能实现较高的估计准确度,仿真和实验结果验证了其准确性。

基于环境变量建模的锂电池SOC估计方法

通过对不同温度和锂电池荷电状态(SOC)下电池内部参数测定和评估,分析了影响参数变化的环境因素,建立了可变参数的锂电池Thevenin模型.讨论了模型的分段依据以及相关参数的测定和拟合方法,并采用扩展卡尔曼滤波算法(EKF)对锂电池SOC进行估算,给出了基于温度修正的改进SOC估计方法.所提出的电池模型解决了现有算法中模型适用范围局限性的问题,仿真和实验结果表明,所建立的基于锂电池Thevenin模型的SOC估计方法在较宽的温度范围内都能够获得较高的估算精度.

不平衡电网下无锁相环三相并网逆变器控制策略

在并网发电系统中,快速准确的相位同步检测是有效控制的前提条件。该文分析了不平衡电压对常规锁相环下三相逆变器的影响。当电网电压存在不平衡时,电压的检测和锁相角计算过程中会产生误差,从而影响逆变器控制精度。因此,提出两种并网逆变器的无锁相环控制策略:直接功率和直接电流控制,并且建立数学模型验证其可行性。这两种控制策略分别在dq坐标系和αβ坐标系下进行电网电压的正序分量分离。将无锁相环控制与常规有锁相环控制在电压不平衡时进行对比,同时在两种无锁相环控制策略之间进行总结与对比。仿真和实验结果表明,与锁相环相比,无锁相环控制策略能够快速精确地从不平衡的电网电压中分离出正序分量,在动态响应上直接电流控制策略更胜一筹。

基于试验设计的电动汽车充换电站接入电网的降损研究

为了降低网损,对充换电站的电气接入点和接入工作功率进行了研究,分析了单个和多个充换电站接入配电系统不同电气节点产生的有功损耗的变化规律。针对多个未知运行状态的充换电站接入配电系统某些固定电气节点的情况,提出了一种基于试验设计的电网有功损耗快速估算方法,其能够在准确反映建模所需信息的同时大幅缩减仿真试验次数。以降低有功损耗为目标,对估算所得的模型进行组合优化。

三相PWM整流器启动冲击的抑制

采用LCL滤波器的三相电压源型脉宽调制(PWM)整流器广泛应用于中高功率场合,且可双向运行。基于坐标变换的直接电流控制方法具有控制精度高、调节速度快等优点,广泛应用于三相PWM整流器的控制。直接电流控制中的比例积分(PI)调节器会导致整流器启动瞬间产生过冲电流,使得功率器件承受较大的瞬时电流应力,影响系统的可靠性,故需研究三相整流器启动冲击的抑制方法。分析了三相电压源型PWM整流器启动过程并建立其动态模型,分析了产生过冲电流的原因,介绍了冲击电流幅值的估算方法,在此基础上提出了一种新型软启动控制方法,并通过仿真与实验验证了理论分析。

锂电池组电压采样线序检测模块的设计与应用

在电动汽车电池管理系统(BMS)中,需要对串联动力电池组中各单体电池的电压进行检测,从而进行后续的估计、诊断及保护。正确的电压采样线序是确保检测准确性和安全性的前提,针对目前检测线序方法存在检测时间长、成本高、自动化程度低的问题,提出了一种新型线序检测电路,对电池线序的正常和故障状态进行识别,并通过RS485实时通信将检测结果传输到人机交互界面,实现电池组电压采样线序的自动检测及状态指示功能。所设计的检测模块具有可移植性高、对动力电池组的影响小等优点。分析了检测电路的原理和故障判定方法,并对其线路阻抗和应用于串联电池组的影响进行了分析,给出了仿真和实验结果。

不理想电网下基于二阶广义积分的锁频环

三相AC/DC变流器广泛应用于中高功率场合,快速准确的相位同步检测是其控制的基础。然而由于电网电压存在不平衡和畸变的问题,电网电压检测和锁相角计算过程中会产生一定误差。因此,需要采用更高性能的锁相(频)环技术。这里针对可实现能量双向流动的三相AC/DC变流器,讨论了基于二阶广义积分(SOGI)的空间矢量脉宽调制(SVPWM)控制策略的可行性,分析了电网角频率与SOGI的给定谐振角频率出现偏差时的问题。针对这一问题,提出了一种基于SOGI的锁频环(SOGI-FLL)技术,给出了其在频域上的数学模型,并分析了其动态响应性能。与常规锁相环(PLL)相比,SOG-FLL能够快速精确地从不平衡和畸变的电网电压中分离出正序分量,仿真和实验结果验证了其可行性及动态性能。

一种三相电压源型PWM整流器缓起动方法

基于LCL滤波的三相电压源型脉宽调制(PWM)整流器广泛应用于中高功率场合。传统d,q旋转坐标系下的直接电流比例积分(PI)控制法在整流器起动时易产生较大冲击电流,会对电路中主功率器件的选型和系统可靠性产生很大影响。基于上述原因,首先分析三相电压源型PWM整流器的起动过程,建立了该过程的数学模型,从而得出产生过冲电流的原因,并给出过冲电流幅值的估算方法。在此基础上对常用的几种缓起动的方法进行了比较分析,最终提出了一种新型的缓起动方法,并通过仿真与实验进行了验证。

电动汽车无线充电系统拓扑与控制策略研究

研究了新型电动汽车无线充电系统拓扑与控制策略。采用双闭环控制的AC/DC和双闭环控制的DC/DC结构,去除了传统控制系统中的无线信号反馈模块,并加入了功率因数校正(Power Factor Correction,PFC)和软开关技术。在MATLAB/Simulink环境下对充电控制系统进行了仿真,搭建了AC/DC、磁耦合和DC/DC变换电路,对蓄电池充电过程进行了仿真实验,并设计了充电系统PCB,最终搭建硬件平台验证了该方案的可行性和稳定性。