基于扩展移相的ISOP-DAB变换器混合优化控制方法

输入串联输出并联-双有源电桥(ISOP-DAB)变换器多应用于大功率高电压场合,为降低ISOP-DAB变换器的电流应力并提高系统的动态性能,本文提出一种基于扩展移相调制混合优化控制方法。首先分析在扩展移相下变换器的工作模式和功率模型,通过拉格朗日优化算法获取电流应力最优的相移组合,并结合虚拟电压均衡控制方案,以应对负载突变或输入电压扰动状态,同时结合变换器的结构特征使用输入电压均值完成模块间功率的动态平衡。最后,将混合优化控制方法、基于单移相的虚拟功率控制和传统的扩展移相优化控制进行对比实验。实验结果证明了混合优化控制在功率均分的同时可以实现电流应力优化,提高能量传输效率,同时也显著地改善了变换器在扰动情况下的动态特性。

含ISOP-DAB变换器的中低压直流配电系统阻抗建模及稳定性分析

“双碳”目标下,高比例可再生能源和高比例电力电子设备成为中低压直流配电系统的主要特征,使得系统因其低惯量、弱阻尼的特性所引起的稳定性问题尤为突出。为此,针对含输入串联输出并联型双有源桥(ISOP-DAB)变换器的中低压直流配电系统进行阻抗建模并提出一种适用于中低压直流配电系统的稳定性分析方法。首先,建立了ISOP-DAB变换器的二端口阻抗模型以及其他单元的阻抗模型。在此基础上根据系统内各单元的端口特性将中低压直流配电系统等效为2个单母线直流子系统,并得到整个系统在中、低压侧的等效阻抗比,当且仅当该等效阻抗比满足奈奎斯特判据时,系统可稳定运行。最后,基于PSCAD/EMTDC平台搭建了含ISOP-DAB变换器的中低压直流配电系统的时域仿真模型,通过仿真实验以及理论计算对比分析了恒功率负载及线路参数对系统稳定性的影响。仿真结果验证了ISOP-DAB变换器的小信号模型以及所提稳定性分析方法的准确性和有效性。

基于三环移相控制的ISOP模块化电源的研究

首先分析ISOP系统的基本单元,采用隔离型双向全桥DC-DC变换器(IBDC)作为ISOP系统的基本单元,对其拓扑结构和相应的控制方法原理进行分析。随后介绍了ISOP的拓扑结构,分析其实现均压均流的条件,针对输出均流控制(OCS)各模块输入阻抗的负阻抗特性使系统无法稳定运行的问题,提出输入均压、输出均流及输出电压环三环控制策略,最后仿真验证在各模块参数不一致情况下三环移相控制的控制效果明显比传统双环移相控制好。

直流高压ISOP型多电平逆变拓扑控制及对比分析

在输入直流电压较高的场合,考虑到逆变器的功率开关管耐压能力有限,采用了一种输入串联输出并联(ISOP)逆变器拓扑,由两个单相全桥逆变器模块组成,在输入均压控制下可以均分输入直流电压,使功率开关管只承受输入直流电压的1/2,并在载波移相正弦脉宽调制(SPWM)方式下输出电平数增加,从而可以降低输出电压的THD。此外,在谐波、扩展性等方面对比ISOP逆变器和有源中点钳位(ANPC)三电平逆变器,指出ISOP逆变器的优越性。最后进行了仿真验证。

适用于ISOP拓扑的DC/DC变换器研究

在交直流混合微电网和电力电子变压器等领域,由于电压较高、功率较大,通常采用ISOP拓扑进行能量的双向传递,本文研究适用于ISOP拓扑的双向LLC谐振DC/DC变换器,采用H桥2个桥臂驱动脉冲移相的方式,解决变换器预充电电流过冲的问题;对于组成ISOP拓扑的变换器之间的移相特性进行了分析与计算,对ISOP拓扑双向传输能量的均压及均流特性进行了分析与设计;采用均压电阻实现ISOP拓扑串联侧的稳态均压,并对双向LLC谐振DC/DC变换器的谐振网络进行了分析与计算;最后研制出由20个双向LLC谐振变换器组成的ISOP拓扑,对文中提出的设计方法进行验证,试验证实变换器移相启动过程中无电流过冲、并实现了基准桥臂的ZVS和移相桥臂的ZCS或者准ZCS,而且变换器组成ISOP拓扑的动态和静态的均压均流满足要求。

工业稳态优化ISOPE算法的收敛性与鲁棒性分析

本文对工业过程稳态优化控制中的各种算法进行了统一数学描述，对算法的鲁棒性给出了严格定义，并就一般情况讨论了稳态优化控制算法的收敛性、鲁棒性及算法解集的性质，给实际稳态控制以理论指导．

ISOP系统电源模块故障诊断策略设计与实现

针对输入串联输出并联(ISOP)组合电源系统在故障检测和定位较原来的单模块系统变得更为困难这一问题,提出了一种适用于ISOP电源系统的故障诊断方法。该方法只需采样各电源模块输入侧电压,在不涉及相应模块的内部工作参数的条件下完成故障诊断。具体实施过程是根据输入端分压电容在与其相并联的模块发生短路或断路故障时产生不同的电压变化趋势和变化速度,建立故障数学模型以及故障判断阈值,由ARM实时采样输入电容电压值及变化规律判断是否有故障发生及故障类型。通过仿真和实验验证,该故障诊断方法响应速度快、故障诊断准确率高,可以应用于输入串联输出并联电源系统的故障检测和系统维护中。

工业过程稳态优化ISOPE方法的鲁棒性分析

对于大多数的实际工业过程，系统的稳态输出常常含有量测噪声．因而不可能得到系统的真实稳态输出值及过程导数真值，因而也不可能得到实际最优解。本文针对ＩＳＯＰＥ方法（系统优化和多数估计的综合方法）给出了两种评价其算法鲁棒性的指标，并考察了其算法的收敛性与次优性。最后对几种典型的ＩＳＯＰＥ方法进行了鲁棒性分析。

中压侧双极短路故障下改进型ISOP直流变压器的参数关系和直流电抗器电感计算

讨论了改进型输入串联输出并联(ISOP)直流变压器发生双极短路故障时的电气特性和各个参数之间的关系。根据直流故障穿越的特性,在小时间尺度内,将中压侧直流电抗器电感作为因变量,推导了其与其他参数变量的显式方程,并提出了一定约束条件下的简化计算方法,更加有利于工程应用。工程应用结果验证了所提计算方法的准确性。

基于流形学习ISOP算法的语音特征提取及应用研究

主要研究了基于流形学习ISOP算法的语音特征提取。将流形学习ISOP算法应用到语音识别特征提取模块中。仿真实验结果表明,该算法与传统的特征提取算法MFCC、LPCC等相比,可以取得较高的识别率。

双向DC/DC变换器ISOP系统功率均分策略研究

以双有源全桥(DAB)DC/DC变换器为模块的输入串联输出并联型直流变压器(DCSST)相比于普通DC/DC变换器非常适用于直流电网互联或高压输电线路取能电源等高压大容量应用场合。针对输入串联输出并联(ISOP)组合变换器功率分配不均的问题,给出了基于双闭环控制的ISOP变换器均压方案,建立了ISOP组合变换器输入电压均压(IVS)和输出电流均流(OCS)之间的关系,并针对双闭环控制策略的解耦进行推导。最后通过Matlab搭建了以双有源全桥DC/DC变换器为基本模块的三模块ISOP仿真模型。仿真结果表明,基于双闭环控制的ISOP变换器原理正确,有效解决了ISOP变换器功率分配不均问题,并且能适用于高电压输入大电流输出的应用场合,具有一定的实用价值。

全桥直流变压器/变换器ISOP组合式系统的研究

对于高压直流输电系统中的高压直流变换器,高电压是其设计难点之一,利用多模块串并联组合结构可解决高压问题。对于输入串联输出并联(input-series output-parallel,ISOP)组合式直流变换器,可采用两类模块即全桥直流变压器和全桥直流变换器的组合结构将高压直流电变换成低压直流电,供电给负载。不同于传统的ISOP组合变换器,其模块间采用开环与闭环相结合的方式,只需保证各个模块间的压差控制在一定的范围内,简化了整个变换器的控制方式。该文对两类模块的输出特性进行分析研究,给出该组合变换器的均压设计,搭建两台全桥直流变压器和一台全桥直流变换器ISOP的仿真模型及原理样机,通过仿真和实验进行验证。

基于节点导纳方程预处理的ISOP型DAB变换器双端口解耦等效模型

电力电子变压器是柔性直流配电网的主要设备,常包含大量开关器件与储能设备,且高频特征限制了仿真步长,仿真效率极低。文中针对典型的输入串联输出并联(input-series-output-parallel, ISOP)型双有源桥(dual active bridge,DAB)变换器,提出一种基于节点导纳方程预处理的双端口解耦等效模型。首先,将变压器用双端口等效电路表示,列写单个DAB单元的节点导纳方程。然后,通过嵌套快速求解法,列写DAB端子对外等效节点导纳方程,并利用矩阵的对称性与稀疏性进行节点导纳方程的预处理,求解等效参数表达式。其次,利用DAB单元端口电容电压不突变性质进行单步长约等,建立串并联侧解耦的单模块等效电路。最后,给出ISOP型DAB变换器的对外等效电路参数与求解流程。在PSCAD/EMTDC环境中对所提等效建模方法进行仿真加速比与精度的测试,结果表明,当DAB模块数大于50时,所提模型可实现2个数量级的提速,并且与详细模型相比具有极高的仿真精度。

上翘控制的ISOP变换器

针对输入串联输出并联(ISOP)变换器各模块功率分配不均衡问题,设计了基于输入与输出电压以及输出电压与输出电流的上翘控制ISOP变换器。进行了小信号建模及稳定性分析,并在Matlab仿真软件下进行了仿真验证。

ISOP AC/DC变换器系统控制策略研究

串联输入并联输出交流/直流(ISOP AC/DC)变换器广泛应用于新能源汽车、纺织机械中高电压大电流场合,在ISOP AC/DC变换器传统控制策略的基础上,提出了一种采用交叉电流反馈控制的策略,论述了该控制策略的稳定性机理。通过对变换器的建模与仿真实验分析,验证了其有效性。仿真结果表明,系统在此控制策略下实现了很好的功率均分。

两级结构模块化ISOP组合的DC-DC变换器均压控制策略

针对高电压/宽范围输入、低压大电流输出的应用需求,提出了一种基于两级结构的模块化输入串联输出并联组合DC-DC变换器及其均压控制策略。模块单元采用开环定频LLC+闭环Buck级联的两级结构拓扑,兼具高性能的同时也便于进行串并联的组合。通过构造均压母线并间接采样模块的输入电压,将信号分别叠加到反馈电压与参考电压上,使得模块单元实现输入均压自调节的同时还能维持良好的输出电压精度。模块的采样、控制与通信均在后级完成,各自独立工作,简化了电路结构,使系统具有良好的模块化特性。结合系统的小信号模型,对其稳定性进行了理论分析和仿真验证。最后,通过搭建由三个模块构成的ISOP组合变换器实验平台,验证了此均压控制策略的可行性。

基于开关谐振支路的电压自平衡型ISOP直流变压器

对于采用输入串联输出并联(ISOP)的直流变压器,输入侧电压平衡控制是必要且复杂的设计。基于双有源桥式模块,提出了一种改进的输入电压自平衡型直流变压器拓扑。通过在模块间增加开关谐振支路,该拓扑在不增加开关器件数量的前提下实现了输入侧电压自平衡。通过对开关谐振支路的电流应力分析,发现该支路不会产生额外的开关损耗,也不会影响各模块工作原理。与传统均压控制解耦算法的对比表明,所提拓扑的电压自平衡特性避免了由于建模精度不足所带来的系统稳定性风险。文中给出了该直流变压器电压控制设计,并在不改变谐振支路工作状态的前提下,给出了故障模块切除和恢复的控制方案。仿真和实验验证了该拓扑的功能和特点。

基于神经网络的系统优化与参数估计集成研究(ISOPE)方法

提出了两种基于神经网络(NN)改进的系统优化与参数估计集成(ISOPE)稳态优化算法,其中利用动态信息建立动态 NN 模型用于过程稳态优化.目的是为了克服 ISOPE 算法对真实过程的摄动,减少 ISOPE 算法设定点变动次数,充分利用过程动态信息.仿真结果验证了两种改进算法的优越性和有效性.

有限双极性软开关焊接电源仿真研究

有限双极性全桥软开关克服了移相全桥软开关过程中的占空比丢失和软开关负载范围小等问题,减小了全桥逆变电路的开关损耗,而焊接过程中的电弧负载存在空载状态,有限双极性全桥软开关空载时难以实现零电压开关。ISOP拓扑结构能够降低开关管的压降,从而选取低耐压的开关管,进一步降低电路的损耗。基于有限双极性控制策略,选取ISOP拓扑结构,采用倍流整流电路以实现全负载范围内的软开关,通过PSpice仿真软件对该电路软开关情况以及超前臂关断损耗进行仿真研究,为实际电路提供研究依据。搭建的焊接电源在全负载范围内实现软开关,同时对比了电源在硬开关和软开关工作情况下的温升情况,空载情况下硬开关温升较小,重载情况下软开关温升较小。