基于时变权重模型预测的双向DC-DC优化控制方法

双向DC-DC变换器是电动汽车的关键电压变换部件,提高其动态负载下的响应速度与鲁棒性对电动汽车低压供电系统有重要意义。提出一种基于模糊时变权重的MPC(model predictive control)控制方法。基于状态空间平均法建立变换器动态模型。基于MPC原理搭建变换器MPC模型,实现对电压的跟踪控制;在分析权重对动态负载下电压跟踪性能的影响的基础上,设计权重模糊调节器,实现权重的在线调节。基于HM-cSPACE搭建实验平台验证所提方法的准确性。在Matlab/Simulink环境下与PI控制和传统MPC控制进行对比,结果表明:在负载变化时采用时变权重MPC控制的变换器有更好的动态性能和鲁棒性,超调量降低26.1%。该方法对提高双向DC-DC变换器动态负载下的优化控制具有重要意义。

脉冲负载两级式DC-DC拓扑与控制策略研究

为满足脉冲负载直流变换器高功率密度和高动态响应性能的要求,研究了一种应用于脉冲负载的两级式直流变换器。选用滤波电感更小、系统环路带宽更高的三电平同步整流Buck变换器作为前级变换器,选用DCX-LLC谐振变换器作为后级变换器,其相对闭环控制LLC在动态响应及效率方面更具优势。然后提出优化TL-Buck开关管电压应力的软起动策略,解决了软起动阶段飞跨电容电压在完成充电后降到很低的问题。最后,通过仿真和实验验证了所提两级式直流变换器闭环及软起动控制策略能优化前级TL-Buck起动时开关管电压应力。

基于DCCF的不平衡负载补偿策略

为解决电网中由于不平衡负载所导致的三相不平衡问题,文中采用了一种基于交叉解耦双复系数滤波器(DCCF)的正负序分离补偿策略。首先,分析了复系数滤波器(CCF)的工作特性,在此基础上结合二阶广义积分器(SOGI)作为其前置滤波环节,可以有效地降低直流分量的影响,使其能够在含有直流分量和谐波的环境下完成正负序分离;然后依据该分离策略,对三相不平衡电流进行分序补偿;通过建立Matlab/Simulink仿真模型,证明了该补偿策略的可行性;最后,搭建小型实验平台,通过实验结果验证了该补偿策略的有效性。

分体分步式换流变有载分接开关研制

特高压直流换流变压器有载分接开关长期承载满负荷运行的方波电流,切换电流di/dt大,熄弧困难,并且动作频繁,基本被国外企业垄断。文中首先针对特高压换流变传统有载分接开关无任何直接有效的电气量监测保护的“黑盒”难题,以及故障极易引起换流变本体损坏,影响特高压直流工程可用率问题,提出了一种分体分步式有载分接开关拓扑,实现换流变有载分接开关核心部件分体布置以及分步闭环控制保护,并分析梳理了工程应用的电气应力;然后进行了切换开关、分接选择器和控制保护装置等关键核心部件的研制;最后搭建基于LC谐振法的切换试验系统,对所研制的分体分步式有载分接开关进行了切换试验、容量试验、温升试验以及绝缘试验。试验结果表明:所研制的分体分步式有载分接开关额定级电压4 kV,最大通过电流1600 A,切换开关外置,无油化设计,内部集成电气测量系统,切换过程能够实现分步操作控制和保护,避免故障扩大化,满足±800 kV/5000 A特高压直流输电换流变压器的工程应用需求。

双绕组感应发电机交直流集成发电系统的自抗扰控制策略

针对双绕组感应发电机交直流集成发电系统,为实现简单易调、性能优越、负载适应力强的发电控制,该文提出一种基于线性自抗扰控制器的交直流电压控制策略,通过交流电压和直流电压与控制绕组和功率绕组的传递函数模型,构建交直流电压的线性扩张状态观测器,同时对交流电压有效值、直流电压和电压扰动进行观测,并利用电压和扰动观测值设计线性误差反馈控制律,对交直流电压进行控制。最后,通过仿真和实验验证该控制策略提高电压扰动抑制能力和负载适应性,同时各模块参数可独立设计、控制器结构简单,避免需要较多传感器及降低调参难度。

Analysis of Commutation Failure in Multi-Infeed HVDC System under Different Load Models

HVDC technology has been widely used in modern power system. On one hand, HVDC has the advantages of economy, high efficiency and strong controllability. While on the other hand, it makes the dynamic characteristics of the power system becoming more and more complex. That puts forward a new challenge to system stability and raises new questions for power system simulation. This paper focuses on the interaction between AC and DC systems, especially the problem of commutation failure caused by AC system fault. Based on the data of China Southern Power Grid, this paper calculates the fault regions that may cause commutation failure and calculates the system critical clearance time under different load models, analyzes the impacts of different load models on commutation failure and the stability of AC/DC hybrid system.

基于虚拟直流电机控制的船舶高频高峰值脉冲负载冲击平抑控制策略研究

高频高峰值脉冲负载对具有弱惯量特性的船舶电力系统呈现较大的功率冲击影响,严重时会造成船舶发电机组振荡停机。针对这一问题,该文首先建立典型脉冲负载的数学模型,研究脉冲负载功率特性及其对船舶电力系统冲击机理。根据研究结果,提出采用超级电容冲击平抑装置平抑脉冲功率。其次,通过分析虚拟直流电机(VDG)运行机理,确定通过VDG控制提升双向DC-DC变换器惯量的可行性。基于以上研究,推导双向DC-DC变换器的小信号模型及系统传递函数,分析虚拟转动惯量及虚拟阻尼对平抑装置稳定性的影响。然后,提出一种适用于脉冲负载稳态运行和暂态突变的平抑装置控制策略。最后,基于RT Box 3半实物仿真平台,搭建了具有平抑装置的船舶电力系统模型,验证了所提控制策略的有效性。

补偿不平衡负载的HC-SVG相间电压平衡控制与直流电压取值分析

针对由中点钳位型(neutral-point clamped,NPC)功率单元和H桥级联型(cascade H-bridge,CHB)功率单元构成的混合级联型静止无功发生器(hybrid cascade static var generator,HC-SVG)在补偿不平衡负载时产生的CHB功率单元相间电压失衡问题,提出一种基于零序电压前馈的CHB功率单元相间电压平衡控制方法,并对零序电压注入后HC-SVG直流侧电压取值进行分析。首先,分析CHB功率单元承担基波电压分量与HC-SVG输出基波电压的关系。推导HC-SVG补偿不平衡负载时CHB功率单元相间电压平衡所需的零序电压,建立零序电压前馈控制。其次,基于零序电压与补偿电流的解析关系,讨论补偿电流不平衡度与HC-SVG直流侧电压取值之间的约束关系。以6 kV/3 Mvar装置为算例,进行直流侧电压的取值分析。并与星接CHB-SVG进行对比,揭示补偿不平衡负载时HC-SVG所需直流电压低的特点。仿真验证了相间电压平衡控制与直流电压取值分析的有效性。

基于PSO改进BP算法的直流电子负载PID控制仿真

针对电子负载控制灵敏度低、稳定性差等问题,提出基于PSO-BP-PID的直流电子负载控制方法。分析电子负载基本结构,构建数学模型,分析电子负载在不同工作模式下的电流变化规律;建立三层BP网络模型,分别描述每层结构的输入与输出内容;为提高BP网络的学习能力,减少控制误差,将PSO算法作为学习算法,确定粒子群规模、惯性权重等重要参数,获得所有粒子适应度值,不断更新个体的位置与速度,当满足收敛条件时,输出最优解,实现控制参数的自适应调整;根据算法特征,设计控制器整体结构,利用该控制器即可实现直流电子负载控制。仿真结果表明,所提方法的控制误差小,响应速度快,且控制过程中能够有效抑制谐波。

具有快速负载动态响应的DC/DC开关变换器开环控制新策略

采用何种控制策略和如何实现控制方法是决定开关变换器的效率和性能的主要因素。单周控制方法是近年来提出的一种新型非线性控制策略。这对输入电源电压的变化具有快速的动态跟踪能力 ,但对负载变化的抑制能力差。基于等效受控源平均法 ,提出了一种新的非线性控制方法 ,使得PWM开关变换器的输出电压 ,在负载干扰和电源电压干扰下 ,具有优良的动态响应特性。以降压型变换器为例 ,首先建立开关变换器大信号低频平均电路模型。通过分析平均电路模型 ,可以推导出一种新型开环非线性控制策略。这种控制方法具有固有的稳定性 ,快速动态响应和无过冲等优点。为了实现新的控制方法 ,建立了电感电压低频分量的数学模型。计算机仿真和实验测试结果证明理论预期分析。

双向DC/DC变换器轻载损耗和效率最优化分析

双向DC/DC变换器的轻载效率问题一直是困扰设计者的一大难题。为在轻载情况下减小损耗,提高效率,对以交错并联为拓扑结构的双向DC/DC变换器工作中的功率损耗进行了综合性地分析和研究。以两相Buck+Boost交错并联双向DC/DC变换器运行在Buck模式下作为模型,分析和推导了电感电流断续模式(DCM)和电感电流连续模式(CCM)下的功率损耗公式,对其在轻载情况下的工作频率进行最优化调整,从而给出了使损耗达到最小化的设计准则。通过实验验证了理论分析的正确性,为多相交错并联双向DC/DC变换器提高轻载效率的设计提供了理论基础。

负载抗原的DC与CIK共培养对肝癌细胞的杀伤作用

目的探讨负载抗原的树突状细胞(DC)与杀伤细胞(CIK)细胞共培养对肝癌HepG2细胞增殖和凋亡的影响。方法采用粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)、重组人白细胞介素-4(IL-4)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)诱导健康自愿者外周血中的贴壁细胞产生成熟树突状细胞(DCs),并用HepG2细胞裂解产物将其致敏。用CD3单抗、干扰素-γ(IFN-γ)、白细胞介素-2(IL-2)诱导悬浮细胞产生细胞因子激活的CIK细胞。采用流式细胞术检测DC、CIK细胞的表型和肝癌HepG2细胞的凋亡,利用Cell Counting Kit-8(CCK-8)试剂检测肝癌HepG2细胞的增殖。结果与未负载抗原的DC-CIK比较,负载抗原的DC-CIK表面分子表达增高,对HepG2细胞增殖活力抑制作用更明显,同时诱导癌细胞凋亡能力更强。结论负载抗原的DC细胞能显著提高CIK细胞的抗癌效应。

升压型DC/DC MAX756应用研究

针对无线传感器网络节点的供电问题,应用升压型DC/DC MAX756设计了具有输出电压选择与电池监视功能的无线传感网络节点供电单元。给出了供电单元的原理图设计与印制电路板的设计要点;得到了供电单元的转换效率与输入电压的关系,转换效率随输入电压升高而升高,随输出电流的增大而增大;测试了供电单元的负载瞬态响应能力。结果显示,负载发生突变时输出电压有较大噪声,说明电源的滤波设计需要改进。

减小DC-DC中斜坡补偿对带载能力的影响

电流模PWM集成DC-DC变换器设计中,为了防止亚谐波振荡而普遍采用的斜坡补偿,会在占空比较大时严重影响芯片的带载能力.文中提出的方法减小了斜坡补偿对最大电感电流的影响,从而在大占空比时电感电流仍旧可以保持较大的峰值,提高了芯片的带载能力.实现中采用了一种新颖的复合比较器,将三个比较器和部分逻辑的功能在一个复合比较器中实现,功耗仅等于一个传统比较器的功耗,并且电路紧凑简洁,易于实现.

可提高Buck型DC/DC转换器带载能力的斜坡补偿设计

提出了一种新颖的可提高Buck型DC/DC转换器带载能力的斜坡补偿设计。针对电流模DC/DC转换器在大占空比下的不稳定性,以及采用斜坡补偿后系统带载能力下降等问题,通过产生分段线性斜坡补偿信号并进行箝位,既保证了系统的稳定性,又提高了系统的带载能力。该电路基于0.5μm CMOS工艺设计,在不同的温度与电源电压下,经Hspice仿真验证,达到设计目标。

带自动均流的DC/DC变换器并联模块的研究

分析和比较了几种DC/DC电源模块并联均流技术,介绍了Unitrode公司生产的UC3907芯片内部结构和功能。在此基础上,设计出一种基于UC3846和UC3907的带自动均流的大功率DC/DC变换器的控制电路。提出了在UC3907的14脚和6脚之间接一电阻,从而解决电源模块并联运行时主控与辅控交替的现象,有效控制每个电源模块均摊总负载电流。

基于双频PFM控制模式的升压式DC-DC变换器

为了改善系统在宽负载范围内的整体效率,设计了一种基于双频脉冲频率调制(PFM)控制模式的升压式DC-DC变换器.首先,选定2个固定的频率.通过检测负载的变化,使得变换器在轻载或重载时工作于其中的1个频率下,而中载时则通过选择2个频率的不同组合来稳定输出电压,提高全载效率.继而设计了一个双频振荡器电路模块.整个芯片设计基于0.5μm CMOS工艺,并在Cadence工具中完成模拟仿真和版图设计.流片芯片测试结果表明,系统在整个负载范围内的转换效率高于75%,最大输出电流可达300 mA,芯片的实际性能达到设计要求.因此,采用这种控制方法能有效提高系统的全载效率,所得变换器可望具有良好的电磁干扰特性.

驱动恒流负载的DC-DC变换器的能控性

考察DC-DC变换器驱动恒流负载时的能控性。用恒值电流沉表示恒流负载,则变换器可表示为双输入切换线性系统。①应用切换线性系统的判据,直接分析其能控性;②构建具有相同能控集的单输入切换系统,通过研究单输入系统间接地分析其能控性。证明了带恒流负载的DC-DC变换器在连续或断续导通模式下都是能控的,且可以在一个开关周期内实现。Boost型LED驱动电路的实验结果显示,当电源/负载阶跃扰动时,LED电流和输出电压都可以被控制在设计值。从而验证了能控性的分析结论。

DC-DC变换器在恒功率负载下的能控性

带有恒功率负载的DC-DC变换器是切换非线性系统.以Boost变换器为例,本文建立了其切换系统模型;它包括三个模态.模态I,II,III分别对应于开关器件导通、关断、电感电流断续时的电路拓扑.因为电容电压是非负的,所以本文对平面拓扑学的最新结果加以修正,导出了半平面仿射非线性系统全局能控的充分必要条件——判别函数在任意非零控制曲线上变号.据此证明了模态II的全局能控性.由于模态II为运转中的必经阶段,故切换系统能控.研究方法也适用于Buck等变换器的能控性分析.

线电压差法无位置传感器BLDCM续流影响的研究

线电压差法无位置传感器无刷直流电机续流过程会导致采样的线电压差通过滤波后发生畸变,使换相信号超前。针对这一问题,从换相期间的续流过程入手,通过分解线电压差信号,分析超前换相的产生机理,并提出了一种无位置传感器无刷直流电机续流影响的补偿策略。仿真与实验结果表明,使用补偿策略的无位置传感器无刷直流电机采样的线电压差信号消除了畸变,实现了无刷直流电机工作在最佳换相时刻换相。