高频链AC-DC矩阵变换器的变控制频率软开关调制策略

针对高频链AC-DC矩阵变换器的高效率要求,提出了一种变控制频率软开关调制策略。该调制策略在基于零矢量嵌入的分段同步控制策略基础上,以单控制周期平均功率不变为原则,通过改变控制周期长度,并调整一个控制周期内的电压矢量排布,优化脉冲宽度,使变换器在换流时全部开关器件的零电压开通成为可能。通过仿真分析和实验证明,采用本文提出的变控制频率调制策略,变换器在整流和逆变模式下,均可实现网侧电流三相平衡正弦,功率因数达到0.981,输出电压纹波小,最高效率达到96.9%,实现了高性能、高效率运行。

不平衡电网下AC-DC矩阵变换器的新型模型预测控制

为降低AC-DC矩阵变换器在输入不平衡条件下网侧有功功率波动,以及离散型模型预测控制中开关频率不固定的问题,提出一种新型模型预测控制方法。通过根据电网电流相位角选择有效矢量,避免了传统模型预测控制评估价值函数计算的负担。提出了一种二阶扩展复数卡尔曼滤波器,计算精度可以达到泰勒级数展开的二阶项,新型模型预测控制能够在不平衡电网系统中应用。仿真结果表明:所提控制策略在输入电压不平衡工况下,能够有效抑制网侧电流谐波,稳定系统输出的有功功率,并且表现出良好的性能。

隔离型双向AC-DC矩阵变换器闭环控制方法研究

根据隔离型双向AC-DC矩阵变换器(Isolated AC-DC Matrix Converter,IAMC)没有中间电容缓冲环节,输入和输出变换器控制之间存在耦合,研究提出了IAMC两级功率变换器的控制方法。通过对全桥变换器进行闭环控制进而实现对直流侧输出电流和功率的直接控制;三相-单相矩阵变换器实现对有功和无功功率的独立控制,以满足网侧功率因数的高精度控制。所提控制策略有效降低了两级变换器的耦合强度,保证了系统的良好性能。在MATLAB中进行仿真,结果表明,所提出的控制方法在使系统电能质量得到提高的同时,可以实现单位功率因数可调,验证了所提控制策略的正确性和有效性。

基于单片机的AC-DC变换电路设计

传统的AC-DC变换电路由于要通过高频变压器来实现电压变换,存在效率较低、电源的波纹很难降低等问题。因此,设计一种以单片机为核心控制器件的新型单相AC-DC变换电路。单相AC-DC变换电路设计结合BOOST开关器、输入负反馈和脉冲宽度调制,采用单片机辅助控制相结合的方式实现闭环控制,保证输出的稳定和高效。该电路包括全波桥式整流电路、BOOST开关器、电压反馈电路、电流采样电路和功率因数测量电路,通过负反馈控制UC3845芯片来改变PWM控制信号,从而调整BOOST开关器开关的通断,使输出电压稳定在36 V。单相AC-DC变换电路具有PFC功能,可通过LCD将实时的PF值进行检测,显示输出电流、输出电压、功率因数等数据。另外,在输出端设计了过流保护报警功能,该设计选取STC51单片机系列中的89C52RC芯片作为控制核心,结合电流电压检测共同来实现。实验结果表明,实测负载调整率为0.28%,电压调整率为0.28%,功率因数为0.91,说明所设计电路优于传统的AC-DC变换电路,具有转换率高的特点。

一种面向高频链AC-DC矩阵变换器的高频变压器绕组优化设计方法

针对高频链AC-DC矩阵变换器中高频变压器绕组损耗大的问题,提出了一种高频变压器绕组优化设计方法,该方法首先建立了漏感模型和绕组损耗模型,并基于模型合理选择关键参数作为优化参数,应用有约束的多目标遗传优化算法对关键参数进行寻优,最后得到一套高频变压器绕组的优化设计方案。仿真和实验结果表明,该方法与传统面积乘积法(AP)法相比,绕组损耗可降低10%以上,变换器整机效率最高提升了1.07%,由此证明,该变压器绕组优化设计方法可以通过降低高频变压器的绕组损耗,达到降低高频链AC-DC矩阵变换器损耗、提升变换器整体效率的目的。

一种面向储能系统的双向隔离型AC-DC矩阵变换器控制策略

为了满足网侧高电能质量以及储能元件安全可靠和长使用寿命的需求,本文针对双向隔离型AC-DC矩阵变换器提出了一套系统的控制策略,包括对系统的双闭环控制和变换器的后级单重移相调制方法。其中双闭环控制包含网侧电流内环控制和直流侧电流外环控制,调制方法中保持前后级电路间协调同步,前级电路采用双线电压调制方式,后级电路采用等比例移相调制方式。仿真和实验结果显示,变换器的网侧功率因数可达0.99,直流侧电压纹波在0.15%以内。直流侧电流指令突变时,电流跟踪速度快且无超调。因此,采用所提出的控制策略可以保证网侧电能质量高、直流侧具有良好的动静态特性。

基于扩展移相的隔离型AC-DC变换器零矢量PWM调制策略

传统隔离型双向AC-DC变换器多为两级式结构,变换器效率低、控制系统复杂,现有的单级式解决方案通常依赖大量实时计算,难以兼具低电流应力、宽软开关范围和高功率传输能力特性。为此,该文设计基于双有源全桥的新型单级隔离型双向AC-DC谐振变换器,提出一种含有零矢量的复合频率调制策略。从高频开关周期入手,利用数学推导,证明所提方案在实现自动功率因数校正功能的同时,可降低开关器件的开关频率,免除附加吸收电路,实现交直流全桥的软开关,且几乎无功率回流,从而有效提升变换器的功率传输能力,所提单变量调节方法简化控制系统设计。最后,搭建额定功率为450W的仿真和实验平台,证明理论分析的正确性和调制策略的可行性。

隔离型AC-DC矩阵变换器最小电流应力控制方法

针对隔离型AC-DC矩阵变换器降低功率器件成本、提高效率和抑制电磁干扰等需求,提出了一种基于零矢量嵌入的移相策略的最小电流应力控制方法。基于移相策略深入研究了影响变换器电流应力的关键因素。建立了三维(3D)功率模型,从中求取等功率分布线,通过引入功率约束条件以及移相角范围,对电流应力在限定条件下采用序列二次寻优方法进行最小化寻优,得到使电流应力最小的最优移相比。仿真和实验结果表明,基于零矢量调制的移相调制策略可以实现前后级电路的协调控制,功率因数在0.96左右,直流侧输出电压和电流稳定且纹波小。因此,采用所提控制方法,在保证网侧和直流侧的基本性能的同时,实现了对变换器电流应力的最小化。

单级三相谐波电流注入可升降压AC/DC变换器

为适应电动车充电电压宽范围变化需求,本文针对传统充电桩前级整流器拓扑开展研究,提出一种新式单级三相AC/DC变换器。该变换器集成了三相桥式不控整流电路与Cuk模块,为降低输入侧电流谐波分量,选用双向开关管构建谐波电流回馈通路,整体构造成单级式拓扑结构。文章阐述了变换器的电路结构及工作模态,通过建立变换器的等效模型推导出电压增益。变换器通过简单的控制逻辑即可实现正弦输入电流并拥有高功率因数。最后通过搭建变换器数字控制实验平台验证了所提变换器的可行性。

车载AC-DC变换器的模糊无差拍控制策略

针对车载充电机前级AC-DC变换器工作时,网侧电流存在严重畸变以及系统的动态响应性能不足的问题,提出了一种模糊控制和无差拍控制相结合的功率因数校正控制策略。在小信号建模的基础上,对传统PI平均电流控制进行分析,将其电压环改用模糊PI控制,以增强直流侧电压的动态响应性能;将电流环改用无差拍控制,以提高交流侧电流质量、减小谐波损耗。同时对无差拍控制进行了改进,通过预测第k+2时刻采样电流和第k+1时刻参考电流,改善了实际系统的时间延时和相位滞后问题。采用MATLAB/Simulink进行仿真,结果表明该控制策略有效地减小了网侧电流的总谐波失真,并提升了输出侧的动态响应指标。

基于双模式变频移相调制的单级式双有源桥型DC-AC变换器

针对单级式双有源桥(DAB)型DC-AC变换器关断电流较大和软开关范围有限的问题,该文提出一种双模式变频移相调制策略。首先,对DAB变换器的单移相(SPS)调制和扩展移相(EPS)调制进行时域分析,得到其功率传输特性;然后,分析变换器的关断电流与软开关条件,得到移相比和开关频率约束方程;在此基础上,分析双模式间的移相比边界条件,提出变换器运行模式的切换机制,从而在实现变换器单级功率变换的同时,保证全范围软开关并降低低压侧的关断电流;最后,通过仿真和实验验证了所提调制策略的有效性与可行性。

基于AC-Link的高增益AC-DC变换器拓扑设计及控制算法

以AC-Link^(TM)能量变换的方式为基础,对变换器的拓扑结构和工作模式进行了改进,使谐振电路得以工作在双极性模式下,并基于新拓扑设计了相应的换流时序和控制算法,增强了变换器对三相输入电压波动的适应性,使其具备了理论上任意倍数的升压能力和高输入功率因数。利用Matlab/Simulink搭建了30 kW仿真模型,仿真结果显示,在三相电网输入、变压器变比1∶1及阻性负载的条件下,输出电压达到3 kV,升压能力达到了6倍。这表明该变换器具有大范围输出电压工作的能力。

一种新型单级隔离型AC-DC变换器研究

文中提出一种新型单级式隔离AC-DC变换器及控制方案。所提结构在不改变图腾柱无桥功率因数校正(totem pole bridge-free power factor correction,TP-PFC)和双向全桥(dual active bridge,DAB)两级式AC-DC变换器特性的前提下,将TP-PFC高频桥臂和DAB原边侧第一个桥臂进行开关复用,减小了开关器件数目。同时,相较于TP-PFC和DAB两级式AC-DC变换器,取消了直流母线电解电容并且抑制了交流电感电流尖峰。利用其拓扑特点及所提出的控制方案,实现了拓扑开关器件的全范围软开关。首先详细分析所提拓扑结构的工作特性,包括工作模态、拓扑优点、功率特性及软开关特性;其次基于对拓扑的分析,提出控制简单的控制策略;最后,对所提拓扑结构及控制方案进行实验验证。

基于移相和调频的单级双向AC-DC变换器临界电流调制策略

传统双有源桥单级AC-DC变换器的移相调制难以实现全范围软开关,开关管损耗大,效率难以进一步提高。针对此问题,该文提出一种基于临界电流模式(BCM)的调制策略,将移相和调频相结合,实现所有开关管的零电压开通,从而有效地降低了开通损耗。该文分析单级式双向AC-DC变换器的临界电流调制基本原理和软开关实现条件,并推导出软开关条件下的移相和频率数学表达式。搭建DC 48 V、AC 220 V、500 W实验样机,最高效率达到94%,通过实验验证该调制策略的有效性和正确性。

MMC-HVDC交直流混联系统小扰动稳定域迭代求解和形态分析

随着高压直流输电技术的发展,区域电力系统将拓展为大规模交直流混联系统。因此,需要建立可以同时精确刻画交直流动态的大规模交直流混联系统模型来研究混联系统的动态与稳定性。文中考虑了交流侧和直流侧的详细动态,建立了异步联网的模块化多电平换流器型高压直流(MMC-HVDC)交直流混联系统的状态空间模型,给出了具体的解析解形式,并推导了多重迭代信赖域算法。所提算法建立了决策变量空间内的点与平衡点的映射关系,结合Hopf分岔识别边界,提出了一种多重迭代求解小扰动稳定域边界的方法。在利用Simulink仿真验证模型准确性后,以发电机出力作为决策变量绘制了交直流混联系统稳定域,利用特征根和参与因子定量研究了直流失稳和交流失稳的机理以及控制策略和控制参数对稳定域边界的影响。对比分析了多区域的混联系统与交流系统的稳定域,结果表明换流站和直流网络的引入可能使多区域系统稳定域边界呈现多约束共同决定的近似分段线性拓扑特性。

基于电流应力优化和6脉波调制的双有源桥AC/DC变换器控制策略

针对双有源桥(dual active bridges,简称DAB)AC/DC变换器,该文提出基于电流应力优化和6脉波调制的双有源桥AC/DC变换器控制策略.DAB和三相逆变器(three phase inverter,简称TPI)是双有源桥AC/DC变换器的两个关键单元.对DAB采用电流应力优化,对TPI采用6脉波调制.仿真实验结果表明:相对于单移相(single phase shift,简称SPS)调制策略,该文策略的电感电流的峰值更小,即能更有效地降低电流应力.因此,该文所提策略具有优越性.

双向隔离型AC-DC矩阵变换器的双极性SVM调制分析

首先介绍双向隔离型AC-DC矩阵变换器工作原理及能量流动方向的影响因素,然后详细分析双极性电流空间矢量调制方法的实现原理,最后设计了PI直接功率控制器用于调节充电电流。实现了单位功率因数控制和电网电流低谐波失真率,并通过仿真验证了设计的正确性。

充电桩AC-DC转换效率的分析

随着新能源汽车在我国发展速度持续加快、市场占有率逐步上升,市场上的充电桩需求也逐渐扩大。而充电桩总体数量的增长,使能源转换效率显得尤为重要。本文通过试验,分析非车载充电桩AC-DC转换效率的影响因素,并给出具体的处理方法。

AC/DC通信电源模块远场电磁辐射发射预测研究

AC/DC通信电源产生的电磁辐射易超过限值,对其电磁辐射机理和预测方法开展研究有助于改善电磁兼容性设计。首先,在分析AC/DC通信电源模块共模电磁噪声的形成源头和传播路径后,提出其远场电磁辐射可分解为由“输入端口”、“输出端口”共模电压驱动的2类辐射。然后,提出将共模电压驱动源与寄生辐射体的辐射传递函数相结合,进行远场电磁辐射预测的新方法;设计频谱分析仪+电阻衰减器,实现各共模电压驱动源的频谱测量;采用FEKO电磁仿真软件,通过数值计算得到各寄生辐射体的辐射传递函数。最后,实现了4 kW AC/DC通信电源模块辐射预测,并实测验证了其有效性。

交错并联LLC谐振的双向AC-DC变换器

针对当前平衡供电供需与解决再生能源间歇特性的问题,设计了一种以优化PWM调制策略控制图腾柱无桥PFC和交错并联双向LLC谐振电路的两级式双向AC-DC变换器。前级运用了优化PWM调制的控制策略,增强网侧电流对电网电压的跟踪能力,后级采用同步整流管驱动控制的交错并联LLC谐振变换器的方案,设计了变换器和环路补偿的参数,通过搭建实验仿真系统验证设计的可行性。结果表明,实现正向工作输入交流电220±10%V,输出直流电12 V,额定功率1 800 W;反向工作输入直流电12 V,输出交流电220 V,验证所设计的合理性与可行性。