基于三级式可扩展多模块并联架构的低压大电流高距径比无线电能传输系统

在低压大电流高距径比磁谐振式无线供电场合,由于传输线圈间的耦合系数很小,因此功率器件和谐振元件的电流很大,导致系统损耗大,难以优化设计。为此,文中提出一种三级式可扩展多模块并联无线电能传输系统架构,利用基波分析法对双模块并联系统建模并分析其传输特性。为提升系统效率,对比3种输出级结构及其控制策略并遴选出一种最优拓扑。进一步地,提出线圈级具体参数设计方法以减小电压电流应力并实现输入级软开关。最后搭建一台距径比为1(30 cm/30 cm)的1 kW原理样机验证理论分析,对比3种不同输出级拓扑的性能。实验结果表明,系统最高效率可达75.2%。

采用交变脉冲电源单元的隔离型多输入直流变换器

多输入直流变换器(MIC)实现多种能源输入,可同时或分时向负载提供能量,具有优先利用能源、简化系统结构及降低系统成本等优点,因此适用于新能源联合供电系统。本文针对输入输出隔离场合,提出采用交变脉冲电源单元构建隔离型MIC的方法:根据交变脉冲电源单元组合规则推导出基本隔离型MIC,利用最大功率传输原则确定MIC的控制策略,通过分析开关管的开关时序对基本隔离型MIC进行简化,进而得到多种不同类型的简化隔离型MIC拓扑。本文将详细给出通过交变脉冲电源单元构建隔离型MIC的方法,并以将半桥三电平单元与全桥单元组合而成的双输入变换器为例,采用有效的能量管理策略实现两输入源的功率分配,最后通过一个1kW的原理样机验证理论分析的正确性。

一种多端口直流变换器的系统生成方法——采用单极性脉冲电源单元

多端口直流变换器(multi-port DC/DC converters,MPC)可应用于新能源供电系统与电动汽车供电系统,它将系统中原有的多个单向和双向直流变换器在电路结构上实现合并,具有结构简单、成本低、控制灵活等优点。对现有的MPC进行分类,指出每种类型变换器的特点。从基本的双向直流变换器中提取出双向单极性脉冲电源单元,提出采用脉冲电源单元和缓冲单元组合的方法构建MPC,给出脉冲电源单元组合规则及其与缓冲单元的级联规则,总结归纳出5种不同类型多端口变换器的生成规则,进而推导出一系列MPC拓扑。

一种Boost型双向桥式直流变换器的软开关分析

传统双向桥式直流变换器可应用于能量双向传递供电系统中,但其输入输出电流断续。为此提出一种输入输出电流连续且可实现软开关的Boost型双向桥式变换器,该变换器具有结构对称、电气隔离和控制简单等优点,适用于输入输出电流脉动较小的应用场合。介绍该变换器的工作原理,且详细分析开关管电压和电流在开关过程中的变化情况,并据此推导出在考虑结电容影响时开关管实现零电压开关的条件。最后通过一台1 kW的原理样机对理论分析进行验证。

新型对称控制方式三相三电平直流变换器

半桥三电平变换器具有开关管电压应力低、易于实现软开关等优点,适用于高输入电压场合。但随着输出功率的提高,开关管的电流应力也随之增加。为降低开关管的电流应力,提出一种新型三相三电平直流变换器,与已有三相三电平变换器相比,该变换器开关管数量大幅减少。采用对称控制方式,所有开关管的电压应力均为输入电压的一半;采用三相电路结构,可降低开关管的电流应力,同时可有效提高输入输出电流脉动频率,进而减小滤波器。制作一台600 V输入、48 V/20 A输出的原理样机,实验结果验证了理论分析的有效性和正确性。

零电压零电流开关PWM组合式三电平变换器

提出一种零电压零电流开关PWM组合式三电平变换器,它由半桥三电平变换器与全桥变换器组合而成。该变换器所有开关管的电压应力均为输入电压的一半;可以在很宽的负载范围内实现MOSFET的ZVS,在很宽的负载范围内实现IGBT的ZCS输出滤波器上高频分量小,可以大大减小输出滤波器的体积;可以在三电平和两电平两种工作模式下切换工作,输出整流二极管的电压应力小。该文分析该变换器的工作原理,介绍了其特点,并给出实验结果。

不对称控制方式三相三电平直流变换器

三相三电平直流变换器中开关管具有低电压、电流应力,适用于高压大功率场合。采用对称控制方式,可提高输入输出电流脉动频率,从而减小滤波器,但开关管为硬开关,存在较大开关损耗。为解决该问题,提出一种适用于该变换器的不对称控制策略,在保留变换器原有优点基础上,可利现开关管的零电压开关,从而提高变换器效率。简要分析采用输出滤波电感和变压器漏感（或外加谐振电感）的能量实用不对称控制方式后变换器的工作原理,重点讨论其基本特性及软开关实现条件,完成一台540~660V输入、48V/20A输出的原理样机,实验结果验证了理论分析的有效性和正确性。

加钳位二极管的零电压全桥变换器改进研究

移相控制零电压开关脉宽调制(PWM)全桥变换器利用变压器的漏感和开关管的结电容可以实现开关管的零电压开关。为了消除输出整流管的电压尖峰,可以在原边加入一个谐振电感和两个钳位二极管。文中将谐振电感和变压器交换位置,使变压器与滞后桥臂相连,这样钳位二极管在一个开关周期中只导通一次,同时零状态时谐振电感电流较小,有利于提高变换效率和减小占空比丢失。分析了改进后变换器的工作原理,并将改进前后进行对比,讨论了隔直电容在不同位置对变换器工作的影响,以确定一种最佳方案。最后进行实验验证,并给出了实验结果。

一种新颖的零电压开关PWM组合式三电平变换器

该文提出一种新颖的零电压开关组合式直流三电平变换器,它实质上是由半桥三电平变换器和全桥变换器组合而成。该变换器所有开关管的电压应力均为输入电压的一半,特别适用于高压输入场合;其输出整流电压交流分量很小,可以大大减小输出滤波器的体积,提高变换器的动态性能;其输入电流脉动很小,可以减小输入滤波器;此外,该变换器可以在三电平和两电平两种模式下工作,输入整流二极管电压应力小,适合于宽范围输入电压场合。该文介绍了该变换器的工作原理及其特性,并给出实验结果。

软开关PWM组合式三电平变换器的磁集成策略

软开关脉宽调制(pulse width modulation,PWM)组合式三电平变换器含有两个变压器,且两个变压器的总伏安定额大于相同输出功率下传统三电平变换器单个变压器的伏安定额。为进一步减小该变换器的体积,提出适用于该变换器的磁集成策略,将两个分立的变压器集成在一个磁芯上。通过合理的设计,不仅可以减小磁芯的体积和重量,而且可以降低磁芯损耗,提高变换器的效率。推导该变换器的多种磁集成方案,选择出合适的磁集成策略,并多角度分析采用磁集成策略后对变换器性能的改善,最后通过一台54V/20A的原理样机进行实验验证。

零电压开关PWM组合式三电平变换器的箝位策略

零电压开关(zero-voltage-switching,ZVS)PWM组合式三电平变换器利用变压器的漏感(或外加谐振电感)和开关管的结电容可以实现开关管的ZVS,但在副边整流二极管存在反向恢复引起的电压振荡和尖峰。为了解决该问题,该文将2种基本箝位网络应用于该变换器中,提出一族箝位策略;在这些箝位策略中选择出2种可行的方案,不仅有效地消除在三电平模式和两电平模式下副边整流管的电压尖峰,同时保留原有变换器的所有优点。该文分析了引入箝位网络后变换器的工作原理和特点,并进行了实验验证。

采用脉冲电压源单元的不对称型双输入直流变换器

在新能源联合供电系统中,多输入直流变换器(multi-input DC/DC converter,MIC)可实现多路源同时或单独向负载提供能量,从而简化系统结构、降低总体成本、实现能量的优化利用。在需要隔离的应用场合,现有的MIC结构复杂、变压器绕组数量较多。为此该文提出一族不对称型双输入直流变换器,同现有隔离型双输入变换器相比,其优点是结构简单、且可以实现软开关,具有高功率密度和高效率。详细阐述该类变换器的推导过程及其控制策略,以其中某变换器为例,分析其工作原理,并通过一台240 W的原理样机进行实验验证。

零电压开关PWM组合式三电平变换器的优化策略

零电压开关(zero-voltage-switching,ZVS)PWM组合式三电平变换器利用变压器的漏感(或外加谐振电感)和开关管的结电容可以实现开关管的ZVS,同时副边整流电压高频分量小,可以大幅度减小输出滤波器。由于该变换器包含2个变压器,并存在2种工作模式,因此设计相对灵活。为了使变换器获得最佳的工作性能,该文从控制策略和变压器变比两方面对该变换器提出若干优化策略,同时给出具体设计实例,并进行了实验验证。

铜、锌离子对厌氧氨氧化污泥脱氮效能的影响

通过接种厌氧氨氧化污泥,研究了 Cu2＋、Zn2＋浓度变化对厌氧氨氧化污泥脱氮效能长短期的影响.短期实验结果表明,铜、锌离子对厌氧氨氧化污泥的脱氮效能影响主要分为3个阶段.刺激阶段,Cu2＋浓度0-1mg/L和Zn2＋浓度0-4mg/L时,随着进水金属离子浓度的增加,微生物活性受到刺激,氮去除速率迅速增加；稳定阶段,Cu2＋浓度1-8mg/L 时,氮去除速率处于稳定状态.抑制阶段,Cu2＋浓度大于8mg/L 和Zn2＋大于4mg/L时,随着进水金属离子浓度的增加,氮去除速率逐步下降.Cu2＋、Zn2＋对厌氧氨氧化污泥脱氮效能长期影响表明,当进水Cu2＋浓度达到4mg/L和Zn2＋达到8mg/L时厌氧氨氧化污泥的活性将受到抑制.降低进水重金属浓度后,厌氧氨氧化污泥活性可以得到恢复.厌氧氨氧化菌对Cu2＋的敏感性强于Zn2＋.

氢光联合供电系统的能量管理

将光伏发电和燃料电池发电结合起来,提出了一种基于双输入Buck变换器的氢光联合供电系统,它是由太阳能电池、燃料电池和双输入Buck变换器组成。基于双输入Buck变换器提出了一种氢光联合供电系统的能量管理控制策略,尽可能多地利用了太阳能电池的输出功率。在Saber仿真软件中搭建了一个氢光联合供电系统的仿真模型,对系统进行仿真分析,并在实验室完成了一台原理样机进行实验验证,仿真结果和实验结果均验证了双输入Buck变换器的工作原理和能量管理策略的有效性。

增设回流提高厌氧氨氧化反应器脱氮效能

采用2套上流式反应器接种厌氧氨氧化污泥,研究了高基质浓度下增设回流对厌氧氨氧化反应器脱氮性能影响。研究结果表明,增设出水回流的反应器1经过116d的运行,进水NH4+-N和NO2--N质量浓度由初始100、130mg/L达到602、782mg/L时,出水质量浓度仅增加到44、60mg/L,氮容积去除负荷最高达到7.87kg/(m3·d)。NO2--N与NH4+-N的转化比维持在1.303,NO3--N生成量与NH4+-N转化量之比维持在0.24。无回流的反应器2经过67d运行,进水NH4+-N和NO2--N质量浓度由最初100、130mg/L分别增加到456和600mg/L,相应出水质量浓度达到174和253mg/L,氮容积去除负荷最高达到4.31kg/(m3·d)。NO2--N与NH4+-N的转化比维持在1.298左右,NO3--N生成量与NH4+-N转化量之比维持在0.21。说明回流对进入反应器的基质具有较强稀释作用,有助于避免高基质浓度对厌氧氨氧化活性的影响,同时对厌氧氨氧化反应过程中氮素转化比不产生影响。增设出水回流后的反应器1污泥粒径主要分布在1.25～2mm之间,而反应器2污泥粒径主要分布在0.9～1.6mm。说明在反应器运行过程中增设回流有助于反应器内液体上升流速的增加,颗粒污泥具有良好的流态,能够更好地与底物接触,有利于微生物增长。

双输入直流变换器的建模与闭环系统设计

在采用两个甚至多个输入源的新能源联合供电系统中,用单个多输入直流变换器代替原有的多个单输入直流变换器,可以简化电路结构,降低系统成本。采用MIC构成的新能源联合供电系统是一个典型的多输入-多输出耦合系统,因此,闭环系统的设计非常复杂。本文将以双输入Buck变换器为例,进行系统建模以及闭环调节器的设计,使得该系统稳态和动态性能指标达到要求。最后通过一个400W的实验样机验证该设计方法的有效性。此设计方法也可以应用于其他的双输入直流变换器构成的新能源联合供电系统中。

一种新的多输入全桥变换器

在新能源联合供电系统中,采用多输入直流变换器代替多个单输入直流变换器,可以简化电路结构,降低系统成本。本文提出了一种新颖的多输入全桥变换器,并且以双输入为例,通过分析双输入全桥变换器的工作原理及其特性,提出了多移相控制策略实现开关管的软开关,及一种实现两输入源功率分配的能量管理方法。最后通过一个800W的原理样机验证了理论分析的正确性和能量管理策略的有效性。

采用模块化结构的多相多电平LLC谐振变换器

在电动汽车和轨道交通辅助电源等高压大功率场合，开关管电压电流应力较高，功率器件选择困难。为此，该文提出了一种适用于高压大功率场合的模块化多相多电平LLC 谐振变换器。其中，多电平结构使得原边开关管的电压应力仅为输入电压的1/n，多相结构可有效降低开关管电流定额。采用变频控制策略，在宽电压和宽负载范围内，所有原边开关管均可实现零电压开关，所有副边整流管均可实现零电流开关。以3个模块结构为例，分析了变频控制策略下多相多电平LLC谐振变换器的工作原理，通过基波分析法得到变换器的等效电路模型和输入输出电压增益。分别对开关频率低于谐振频率和高于谐振频率两个工作区域进行参数设计，完成一台540~660 V输入、400 V/5 A输出的原理样机，实验结果验证了理论分析的正确性。

双输入Buck变换器的交错双沿调制方法

在多种新能源联合供电系统中,采用多输入直流变换器代替多个单输入直流变换器,能够简化电路结构,降低系统成本。首先分析了双输入Buck变换器的输入输出关系,它只决定于两只开关管的占空比,而与驱动信号的相位无关。然后分析了两只开关管的驱动信号之间的相位差与电感电流纹波的关系,采用交错双沿调制方法,使得电感电流纹波最小,由此可以提高变换器的动态响应速度和功率密度。搭建了一个400W的原理样机,实验结果验证了交错双沿调制方法的有效性。