基于双重移相的双向变换器优化控制策略

为解决双向DC-DC变换器(dual active bridge,DAB)采用单移相(single-phase-shift,SPS)控制产生的回流功率较高及动态性能较差的问题,提出一种采用双重移相(dual-phase-shift,DPS)控制下的最小回流功率算法与直接功率控制相结合的方法。首先对DPS控制下的基本原理及回流功率特性进行分析,并建立回流功率与移相比之间的数学关系,从而推导出各分段条件下回流功率在各阶段最小化的方案。其次在保证对变换器回流功率最小化的同时提出结合直接功率法来显著提高变换器的动态性能。最后通过MATLAB/Simulink中建立的仿真验证了上述控制策略的有效性。

基于冗余矢量的T型三电平双向变换器中点电位平衡模型预测控制

T型三电平双向变换器因其具有损耗小、输出电能质量高等优势适合应用于低压交直流混合配电网互联等场景。针对T型三电平双向变换器存在直流侧中点电位不平衡等问题,模型预测控制因其易于实现多目标优化的特点具有良好的应用价值。为了解决传统有限集模型预测控制(FCS-MPC)权重因子整定困难,中点电位控制效果不佳的问题,提出一种基于冗余矢量的中点电位平衡模型预测控制,利用冗余小矢量的特性实现对中点电位平衡的控制,避免了权重因子的选择。在此基础上,利用代价函数计算矢量的作用时间并预测输出最优开关序列,提升系统的稳态性能。最后,通过实验测试验证了所提策略的有效性。

基于单相双向变换器的电动汽车充放电设计

随着绿色出行的提出,电动汽车代替燃油汽车的趋势越来越明显。随着大规模的电动汽车应用,甚至能够在电网用电高峰时充当储能设备对电网进行补偿。针对电动汽车的电池充放电问题,以单相双向变换器为电动汽车充电设备的主拓扑,同时提出了一种电流闭环结合中点电压闭环的控制方法实现能量双向流动。实验结果验证了所提电动汽车充放电方案的有效性,为加快电动汽车的普及提供了一定的基础。

基于互补PWM控制的Buck/Boost双向变换器在超级电容器储能中的应用

超级电容器等快速储能技术在短时大功率应用中具有较好的技术经济性,非常适宜于微型电网运行过程中的瞬时功率平衡控制。提出超级电容器通过Buck/Boost双向变换器与脉宽调制(pulse width modulation,PWM)逆变器相连的储能主电路结构,以实现功率的双向调节并提高超级电容器利用率。为解决直流母线电压易受PWM逆变器工作状态切换而波动的问题,采用互补PWM控制技术,分析其特点及其在提高系统运行稳定性与动态响应的优势;建立互补PWM控制的Buck/Boost双向变换器的小信号模型,应用电压电流双闭环与功率前馈相结合的方法以抑制直流母线电压波动;针对直流母线负载电流不易测量的问题,提出采用最小拍观测器的方法对负载电流进行虚拟测量。仿真和实验证实了该方法的有效性。

三电平双向变换器

提出了一种新颖的三电平双向直流变换器。与传统的两电平双向直流变换器相比,该变换器具有结构简单,输入输出共地,易于控制;开关管电压应力仅为高电压端输入电压的一半;电感大大减小,从而提高变换器的动态响应等优点,因此非常适合于燃料电池、光伏发电和风力发电等分布式供电系统。该文分析了三电平双向变换器的工作原理,并详细给出了交错控制互补驱动、能量双向流动控制和飞跨电容电压控制的实现方法。该文最后通过一个1kW的原理样机验证了理论分析的正确性和控制策略的有效性。

零电压开关三电平Buck-Boost双向变换器

针对非隔离型三电平Buck-Boost双向变换器,提出一种零电压开通(ZVS)实现方案。该方案在不添加任何辅助元件的情况下,可使非隔离型三电平Buck-Boost变换器的所有开关管在全负载范围内实现ZVS,提高变换器的效率。此外,利用异相控制、电感电流倍频降低电感的体积,提高功率密度。首先对实现ZVS的工作过程进行分析,并且分析反向电流IR对软开关的影响;然后推导出死区时间和开关频率表达式;最后搭建实验样机,通过Buck模式和Boost模式的实验来验证该方案的正确性和有效性。

基于高频交流升降压原理的双有源桥双向变换器

为实现更优化的器件电流应力、更广范围内实现软开关,针对双有源桥双向变换器,该文提出一种基于高频交流升降压的统一多变量控制策略。提出一种多变量求解的方法,并给出相应的计算流程和相关的控制框图。给出变压器变比和电感值的设计方法,并分析器件的电流应力。从器件电流应力、对控制变量潜力的挖掘程度和软开关范围3个方面,比较基于高频交流升降压控制策略与双移相控制策略控制下的双有源桥双向变换器的性能。实验结果验证了所提控制方法优良。

一种独立光伏发电系统双向变换器的控制策略

提出一种太阳能独立光伏发电系统。与传统的独立光伏发电系统相比,新系统具有对蓄电池的充放电进行有效控制、保护蓄电池不受损坏、延长蓄电池的使用寿命、充分利用太阳能、实现系统的能量管理等特点。由于双向变换器在该系统中承担了双向输送能量的任务,因此实现系统能量管理的核心是对双向变换器的合理有效控制。通过系统的能流模型分析了其运行原理,详细给出系统双向变换器的双向选通控制策略和延时同步整流控制策略。最后通过一个500W的原理样机验证了理论分析的正确性和控制策略的有效性。

电机控制器直流侧前置Buck/Boost双向变换器的母线电容电流控制策略研究

电机控制器直流侧的前置Buck/Boost双向变换器可以根据驱动系统需要调节母线电压,提高系统的效率和输出功率。分析传统控制策略不能有效抑制电机工作状态快速切换导致的母线电压波动原因,在此基础上对双向Buck/Boost变换器提出一种母线电压、母线电容电流双闭环的控制策略。由于母线电容电流不能直接测量,提出一种母线电容电流间接计算方法。小信号模型的对比分析结果证明,母线电容电流控制策略比传统控制策略有更好的抑制母线电压波动的能力。仿真和实验结果都证实了理论分析的正确性。

Buck-Boost双向变换器无过零检测TCM控制研究

提出一种基于变频控制的TCM模式实现方案,其在简化传统控制方案的同时,更易实现多模块的交错并联。首先对TCM模式实现软开关的原理进行分析,然后对TCM模式下电感电流的频率特性进行研究。在对频率特性进行分析之后,通过构建频率和占空比两个控制器,据此提出一种变率控制实现TCM模式的方案。最后搭建实验500 W的样机,通过实验验证新方案的正确性。

恒功率负载下DC-DC双向变换器分岔现象研究

研究了基于多级功率变换器下的直流微网结构,提出恒功率负载研究方法,建立了直流微网简化模型;根据简化模型,建立了DC-DC双向变换器在不连续运行模式下的离散映射,给出了系统稳定运行状态下迭代方程和反馈系数的计算公式;根据迭代方程得出电压与反馈系数的分岔波形图。电路仿真和实验结果表明,随着反馈系数的增大,系统将从稳定状态到分岔状态并逐渐过渡到混沌状态。

双向变换器的两段式软起动方法

双向变换器在两端"源"的运用场合下,采用传统的软起动方法,由于开关管互补导通,会从输出端"源"引入反向电感电流,导致损坏变换器。提出一种新颖的双向变换器两段式软起动方法,通过对主控管和被控管均实施软起动,可实现双向变换器在两端"源"下的开机软起动,避免产生反向电感电流。两段式软起动方法适用于一族的双向变换器,并可推广到多电平双向变换器中。该文最后给出了双向变换器两段式软起动及在燃料电池供电系统中开机的实验结果,验证了双向变换器两段式软起动方法的有效性。

独立光伏发电系统中双向变换器的软起动策略

双向变换器在太阳能独立光伏发电系统中属于两端"源"的运用场合,采用传统的软起动方法,由于功率开关管互补导通,会从输出端"源"引入反向电感电流,导致变换器损坏。为了实现双向变换器在两端"源"情况下的开机软起动,提出了一种新颖的双向变换器两段式软起动方法,通过对主控管和被控管实施软起动,避免产生反向电感电流,该方法也适用于一族的双向变换器。最后给出了实验结果,验证了两端"源"双向变换器两段式软起动方法的有效性和正确性。

一种谐振型高压侧调制的电流型双向变换器

针对传统电流型变换器存在的关断电压尖峰问题和硬开关现象,提出一种谐振型高压侧调制的电流型双向直流变换器。该变换器通过引入变频控制和高压侧调制策略,可以实现低压侧开关管的自然换流和零电流关断(ZCS),消除了低压侧开关管关断电压尖峰。首先分析电路的正向工作和反向工作模式的工作原理,然后对变换器进行详细的特性分析和设计,最后建立一台400W的样机并进行了测试。实验结果验证了所提电路拓扑及控制策略的优势与可行性。

一种基于双向变换器的太阳能电池储能供电系统

为了解决太阳能供电系统中输出效率低的问题,提出了一种基于双向变换器的电池储能供电系统。该系统由微控制器模块、DC-DC变换器模块和开关模块组成。微控制器模块能够检测和调整输入输出电流,DC-DC变换器模块可以实现输入端到输出端的电压变换,开关模块能够改变变换器两端能量传输方向。实验表明,当充电电流为2 A时,其效率可达97.25%;当放电电流为1 A时,效率可达95.3%。电流步进调整值小于0.05 A。

一种基于双向变换器的数字化UPS设计

针对传统高频机型UPS存在可靠性较差、抗电流冲击能力弱等缺点[5],采用了一种集充电和逆变一体化的单相UPS拓扑结构,并利用DSP芯片TMS320F28062进行控制,有效解决了传统高频UPS存在的以上问题。系统所用元器件数量减少,控制环节简单。通过设计1 k W样机并进行了试验,UPS在逆变模式下交流输出电压为220 V,充电模式下直流输出电压为27.6 V,验证了电路拓扑和软件结构的正确性。

基于双向变换器的光伏储能控制

光伏发电系统通过双向变换器引入储能环节进行控制,光伏电池发出的能量经DC-DC变换后供给直流母线侧负载,并通过双向变换器使用蓄电池进行能量管理.介绍了双向变换器的工作原理,分析了光伏电池、蓄电池和直流母线负载所消耗的能量处于不同状态时的系统能量管理策略.给出了基于Boost变换器的光伏电池最大功率跟踪的控制算法和基于双向变换器的蓄电池充放电控制算法,提出了一种改进的充电控制策略.以MATLAB/Simulink为仿真平台,搭建了该系统的仿真模型,并针对系统的各工作状态进行仿真研究,仿真试验结果验证了该系统控制算法的合理性和可行性.

单相双向变换器的仿真建模研究

区分了开关函数概念与开关状态变量概念,依据黑箱方法和功率变换器的实际,划分了电压开关函数与电流开关函数.提出了根据开关函数概念和黑箱方法用Matlab/Simulink对双向变换器建模的一般方法和步骤,给出了单相双向电压源变换器的仿真模型,该模型可仿真双向变换器的各种种运行方式及其转换,并与Matlab/Simulink内置的变换器模型作了仿真运行对比,结果验证了所建模型的有效性、准确性.

便携式太阳能双向变换器及其能量管理研究

本文提出一种便携式的太阳能双向变换器,并分析了其工作原理。对双向变换器中的太阳能电池、外供电源、蓄电池以及便携式负载之间进行能量管理,以高效地应用能量。同时进行最大功率跟踪与电池充电曲线控制,以提高装置的性能与使用寿命。实验结果验证了该便携式太阳能双向变换器的可行性。这种太阳能变换器可作为充电器广泛应用于便携式电子产品。

移相控制隔离型对称半桥双向变换器的简化模型

以隔离型对称半桥双向变换器为对象,建立了以原边为参考的4种模式下的简化电路,提出了结合开关函数的状态空间平均模型的建立方法。所建模型降低了状态方程的阶数,将复杂的分析过程简单化。简化模型稳态值和大信号直接分析法结果一致,证明了所建模型的正确性。