Robust Nonlinear Current Sensorless Control of the Boost Converter with Constant Power Load

The boost converter feeding a constant power load (CPL) is a non-minimum phase system that is prone to the destabilizing effects of the negative incremental resistance of the CPL and presents a major challenge in the design of stabilizing controllers. A PWM-based current-sensorless robust sliding mode controller is developed that requires only the measurement of the output voltage. An extended state observer is developed to estimate a lumped uncertainty signal that comprises the uncertain load power and the input voltage, the converter parasitics, the component uncertainties and the estimation of the derivative of the output voltage needed in the implementation of the controller. A linear sliding surface is used to derive the controller, which is simple in its design and yet exhibits excellent features in terms of robustness to external disturbances, parameter uncertainties, and parasitics despite the absence of the inductor’s current feedback. The robustness of the controller is validated by computer simulations.

一种应用于两相交错Boost的耦合电感的优化设计

两相交错Boost变换器具有纹波电流小的优势,但其采用的交错并联技术增加了电感数量,进而增加了装置的体积和重量,不利于其功率密度的提升。耦合电感通过将多个磁性元件集成到一个磁芯实现磁路的部分共享,从而减小了磁元件的数量和重量。因此,设计了一种反向耦合电感,并将其应用于两相交错Boost变换器,实现了装置功率密度的提升。首先,对反向耦合电感的工作原理和损耗来源进行分析;然后,在此基础上设计了一种改进的“EE”型磁芯,一方面有效提高了磁芯利用率,另一方面降低了电感的体积与重量;最后,通过有限元仿真对所提优化设计方案进行验证,同时搭建了功率等级为2 kW的两相交错Boost变换器实验平台。仿真和实验结果均验证了所提优化设计方案的有效性。

引入负载扰动观测的Boost变换器定频滑模控制

针对传统线性控制方法下Boost变换器存在系统动态性能差和对负载扰动鲁棒性不强的问题,从功率平衡的角度提出1种定频滑模电流控制方法。首先,利用负载电流观测值计算维持输出电压稳定所需的输入功率;其次,通过控制电感电流调整变换器输入功率,从而将系统的状态轨迹限制在对负载扰动具有不变性的滑模面上,保证系统大信号稳定并提升其动态性能;最后,基于等效控制原理,通过PWM技术实现等效滑模控制,避免了传统滑模控制中存在的抖振及开关频率不稳定问题。在Simulink中对Boost变换器负载阶跃变换的工况进行仿真,将所提方法与传统线性控制方法对比。结果表明,采用所提方法,系统的动态性能更好,且能保证系统在负载大范围扰动下的大信号稳定。

分数阶忆阻二阶电流反馈型Buck-Boost变换器动力学建模与分析

提出一种基于分数阶微积分理论的有源压控忆阻负载峰值电流型Buck-Boost变换器模型。在推导其在电感电流连续模式下电路方程的基础上,通过数值仿真分析并验证Buck-Boost变换器的复杂动力学行为。仿真实验结果表明,随着系统阶次的变化及忆性负载的加入,系统分岔点均发生后移,系统稳定工作范围大大增加;对整数阶忆阻负载变换器模型施加两时间尺度参数激励与外接激励,研究当慢变参数频率与系统固有频率产生量级差时的簇发振荡行为,随着系统激励幅值A的变化,系统会出现概周期的单-Hopf簇发振荡。

一种BCM Boost PFC电路的VCFF控制策略

临界导通模式Boost功率因素校正(PFC)电路通常采用恒定导通时间(COT)控制策略,导致开关频率的变化与输入电压、输出功率以及电感有关,轻载下过高的开关频率将影响电路的转换效率,故提出一种谷底计数频率反走(VCFF)控制策略。通过检测MOS管两端电压谷底计数,使电路轻载时工作在断续模式,从而降低开关频率以提升轻载效率。实验结果表明,相比于COT控制策略,所提控制策略能够有效提高轻载效率。输入电压为220 Vrms下,10%~50%负载时效率在0.96以上。

一种可用于航天Boost拓扑电源参数辨识的数字孪生方法

电力电子变换器中元器件随时间退化会影响到航天电源的稳定性与可靠性。为确保航天电源的可靠性,并准确识别零部件状态,数字孪生依靠其非侵入性、数字化、高性价比、低风险、可视化与实时性的特点,可以解决电力电子变换器的故障趋势判断与状态检测的问题,从而保证航天电源的稳定性与可靠性。通过验证Boost拓扑电路的数字孪生模型,同时采用禁忌搜索算法以比较结果最小二乘误差为目标函数得到全局最优解,进行Boost拓扑电路参数辨识、实时监控。并且对比了100、500、1000算法迭代次数对结果的影响,随着迭代次数的增加,最终结果与实际值仅有最大0.96%的误差。验证该项技术可应用到航天电源的实时状态监控,以保证其可靠性。

基于变换域分析和XGBoost算法的超短期风电功率预测模型

为应对传统超短期风电功率预测方法在数据潜在关系挖掘和模型收敛速度等方面存在的问题,提出了一种基于变换域分析和极端梯度提升回归树算法(extreme gradient boosting, XGBoost)的超短期风电功率预测方法。首先,通过时间滑动窗口和风电功率指标进行数据构建和低级特征提取。然后,结合快速傅里叶变换(fastFourier transform, FFT)和哈尔小波变换构成的多层次变换域分析方法对风电数据进行分解,充分考虑频域信息在特征学习中的重要性。最后,建立包含FFT、哈尔小波变换和XGBoost算法组合的超短期风电功率预测模型。实验结果表明,采用的多层次变换域分析方法能够充分挖掘原始特征之间的潜在关系,深入捕捉数据的时序关联性,而且XGBoost算法可以有效提升模型的预测性能,与其他预测模型相比,所提方法在不同数据集上均展现出较高的预测精度和较强的特征提取能力。

基于PCA-Adaboost-GBDT的短期风电功率预测

为解决单一预测模型难以准确预测风电功率的问题,提出了一种基于主成分分析(principal component analysis,PCA)-自适应增强(adaptive boosting,Adaboost)-梯度提升树(gradient boosting decision tree,GBDT)的风电功率短期预测方法。使用PCA方法对数据降维分析,使用Adaboost-GBDT组合模型对风电功率数据进行训练。结果表明,所提算法在准确性和效率方面都具有明显的优势。研究结果为风电功率准确预测提供参考与借鉴。

基于Buck-Boost逆变电路的低纹波可调直流稳压电源控制方法

为克服传统低纹波直流稳压电源的主电路拓扑结构存在电路结构复杂、体积大等不足,提出一种基于Buck-Boost逆变电路的新型可调直流稳压电源拓扑结构,用Buck-Boost逆变环节取代传统结构中高频逆变和变压器升压两个环节,此结构相较于传统结构,在电路结构上可以得到明显的简化。为实现该新型可调直流稳压电源输出低纹波、高稳定度直流电压的要求,针对其Buck-Boost逆变电路提出采用基于比例积分-矢量比例积分的复合控制方法,即以Buck-Boost逆变电路中电容电压和电感电流作为状态变量,并以电感电流为控制内环,电容电压为控制外环,通过对两个闭环采用比例积分-矢量比例积分复合控制方法,实现对两个状态变量的解耦控制,最后通过仿真与实验对其效果进行了验证,同时与传统低纹波直流稳压电源进行了对比分析。结果表明,文中提出的基于Buck-Boost逆变电路的新型可调直流稳压电源拓扑结构及针对该拓扑结构所提出的控制方法不仅输出直流电压纹波小、稳态精度高、动态性能好同时还具有电路结构简单且输出直流电压任意可调等特点,因而具有较好的应用价值。

基于Boost型APD的角接SVG直流侧电压纹波抑制方法

在级联H桥多电平静止无功发生器(Static Var Generator,SVG)中,H桥固有的结构特性使得角形级联SVG直流侧电容电压存在二倍频纹波,电压波动影响电能质量补偿效果甚至导致系统失调。为抑制角形级联SVG的H桥直流侧二倍频电压纹波,文中提出了基于Boost型有源功率解耦(Active Power Decoupling,APD)的角形级联H桥多电平SVG的设计方案。有源功率解耦电路将波动功率和稳定功率相互分离,采用储能元件吸收波动功率,从而削弱了H桥直流侧电压波动。利用MATLAB/Simulink搭建仿真平台进行仿真,结果表明基于Boost型有源功率解耦的角形级联H桥多电平SVG能够有效抑制直流侧电容电压的二倍频纹波。

基于XGBOOST的零电量用户异常用电监测识别方法的研究

零电量用户(None-Consumption User,NCU)的排查不仅关乎电网数据准确性,还能预防潜在风险、提高服务质量、优化资源配置,并降低经济和安全风险。现有的人工核查方式效率低下,需要高效、准确的排查方法以适应电力系统的数字化、智能化发展。提出基于极致梯度提升树(Extreme Gradient Boosting,XGBOOST)的零电量用户异常用电监测识别方法,解决智能电能表因计量功能失效而停走,导致用电量跳至0时,真实不用电用户与异常用电用户难以区分的问题。通过分析智能电能表停走的原因,构建数据集并提取相关特征,利用统计学特征与因果逻辑特征共同作为XGBOOST模型的输入特征进行训练,实现了对异常用电用户的高准确率识别。

基于Boost电路的光伏系统MPPT变工况分析

近年来,太阳能因其卓越的环保特性、可再生能源的特质以及可持续发展的重要性,成为了能源领域备受关注的研究和实践焦点。然而,太阳能的高效利用受多种气象因素的影响,包括温度、光照强度和天气变化等。这些因素对太阳能系统的性能和能源产出构成了重大挑战。研究了一种提高太阳能利用率的方法,即通过调节Boost电路的占空比来调节太阳能电池板的输出电压,实现对太阳能电池板的变工况最大功率点追踪,从而应对温度、光照强度等天气条件的变化。

基于CNN-XGBoost模型的光伏功率预测

为提升光伏功率的预测精度,首先,对数据预处理,包括缺失值处理及归一化处理;其次,利用皮尔逊相关系数分析出与光伏功率最匹配的气象因素,减少模型的输入维度,降低模型复杂度;最后,基于卷积神经网络-极限梯度提升决策树(convolutional neural network-extreme gradient boosting, CNN-XGBoost)组合预测模型进行测试。测试结果表明本文所提模型可以降低预测值的均方根误差,有效地提升了光伏功率预测的精度。

三态Boost PFC变换器的高功率因数和轻载效率提升方法研究

工作于伪连续导电模式(pseudo-continuous conduction mode,PCCM)的三态Boost功率因数校正(power factor correction,PFC)变换器采用传统解耦控制,在输入电压增大时,存在功率因数较低的问题。文中结合三态Boost PFC变换器具有两个控制自由度的特点,从变换器的输入电流表达式出发,提出一种三态Boost PFC变换器的变占空比正弦参考电流控制方法,采用变占空比控制变换器的主开关管,正弦参考电流控制续流开关管,并对变换器参数和控制环路进行设计。相比于传统解耦控制的,变占空比正弦参考电流控制的三态Boost PFC变换器具有更高的功率因数,同时也具有快速动态响应与宽负载范围的优点。在此基础上,针对三态Boost PFC变换器轻载效率低的问题,提出混合模式控制方法提升其轻载效率。最后,通过一台400W的实验样机验证理论分析。

具有低输出纹波的双电感复用无桥buck-boost PFC变换器

单相buck-boost功率因数校正(PFC)变换器凭借高功率因数(PF)与升降压的输出特性广泛应用于小功率非隔离LED场合(≤25 W),但是随着双碳政策的推行,需要进一步提升变换器性能。因此提出一种双电感复用的单级无桥buck-boost变换器,其双电感分别交替工作于电感电流不连续导通模式(DCM)与连续导通模态(CCM)。工作于CCM的电感可以与电容构成LC滤波电路减小输出纹波,工作于DCM的电感可以使变换器仍然采用单电流闭环控制实现接近于1的PF与输出调节。此外,所提出的变换器仍然可以采用含谐波注入的控制,进一步降低输出电流纹波,实现PF与输出电流纹波的权衡。最后,两台实验样机验证了拓扑的可行性和理论分析的正确性。

基于XGBoost扩展金融因子的风电功率预测方法

现有风电功率预测模型的主要输入特征包括气象数据和功率数据,高精度气象数据获取困难、数据间潜在关系难以表示、预测模型收敛缓慢,提出基于极端梯度提升回归树算法(XGBoost)扩展金融因子的超短期风电功率预测新方法,以及基于风电时序数据衍生金融因子的预测模型.采用具有较高预测准确率与较快训练速度的XGBoost算法进行预测,使得预测模型快速收敛.在中国内蒙古某风电场的风电功率数据集与德国Tennet公司风电功率数据集上进行实验验证.实验结果表明,以R2score为例,所提方法与基准方法相比提升约14.71%.所提方法中的建模与预测合计时间不超过500 ms.

OPTIMIZING PRODUCT MIX AND BOOSTING COMPETITIVE POWER

Since the decision of the State Council in 1985 on expanding the export of electromechanical products, China’s exports of electrome-chanical products has freed itself from long fluctuation and realized fast growth. According to statistics from the Customs Office, China’s exports of electro-mechanical products in 1995 reached US$43.86 billion, increasing 25 times in 10 years, and becoming China’s first pillar products for export. While achieving fast growth in exports, product mix has also seen sig-

A feedforward compensation design in critical conduction mode boost power factor correction for low-power low total harmonic distortion

For low-power low total harmonic distortion（THD）,based on the CSMC 0.5μm BCD process,a novel boost power factor correction（PFC） converter in critical conduction mode is discussed and analyzed.Feedforward compensation design is introduced in order to increase the PWM duty cycle and supply more conversion energy near the input voltage zero-crossing points,thus regulating the inductor current of the PFC converter and compensating the system loop gain change with ac line voltage.Both theoretical and practical results reveal that the proposed PFC converter with feedforward compensation cell has better power factor and THD performance,and is suitable for low-power low THD design applications.The experimental THD of the boost PFC converter is 4.5%,the start-up current is 54μA,the stable operating current is 3.85 mA,the power factor is 0.998 and the efficiency is 95.2%.

非隔离Boost升压变换拓扑综述及其舰船应用展望

本文首先阐述了传统Boost升压变换拓扑在较高直流母线电压下的应用与局限,然后综述了更适用于高输出电压、高功率等级下的多电平和多相Boost变换拓扑,并讨论了其在舰船应用中的优势与局限。最后,结合所综述的各类拓扑,本文还针对一种特定应用场合给出了相应的设计方案实例,阐释了其设计思路和综合考量。

基于光伏逆变器的飞跨Boost电路参数设计方法研究

针对1500 V电压等级的组串光伏逆变器升压环节,文章开展基于飞跨Boost电路的最优参数计算研究。基于主流光伏电池板的规格要求,确定所设计飞跨Boost电路的输入输出参数。根据飞跨Boost工作原理,首先开展功率半导体模块的选型与校核计算;然后在电路工作极限点分别计算最小输入滤波电感、输入滤波电容和飞跨电容等参数,并提出动态控制策略;最后通过仿真表明基于飞跨Boost主电路参数设计方法的有效性和准确性,为1500 V电压等级的组串式逆变器提供了一种升压电路的设计方法。