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。

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。

输入串联输出并联型三电平双有源桥变换器功率与电压平衡控制策略

针对三电平半桥型输入串联输出并联(ISOP)型双有源桥(DAB)变换器的各模块参数差异而导致的模块功率不均衡传输问题,该文首先分析多模块功率不平衡原因,然后提出基于三重移相(TPS)调制的串联侧功率平衡策略。针对ISOP系统多模块间参数差异问题,提出多模块参数差异估计方法,该方法无需增加额外的电流或电压传感器,通过注入强制分量作为扰动而采集反映模块差异的特征量变化,对控制量进行补偿实现多模块功率平衡。仿真和实验结果表明,在多种扰动条件下,所提功率平衡方法可实现样机串联侧均压,在输出电压24V工况和10~435W功率范围下,系统在所提控制策略下能明显提高串联侧的电压平衡,工作效率达到90%以上。

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。

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。

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。

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。

Input series out putparallel based multi-modular boost half bridge DC-DC converter with a dynamic control scheme

Multi-modular system plays an important role in power system architecture because low voltage and low power converters can be connected in any combination parallel or series at input/ output side in order to obtained any given power system specifications. Multi-modular boost haft bridge DC-DC converter in the configuration of input series output parallel has been investigated in this paper. The boost half bridge DC-DC converters are connected in input series output parallel con- figuration in order to achieve equal input voltage sharing and output current sharing between the con- verters. This can be achieved with the help of dynamic control scheme which consists of two loops, a voltage loop and a current loop, for each module. Dynamic behavior of multi-modular converter configuration has been observe by varying the load condition. Moreover, the results obtained through multi-modular converter describe that the system has good dynamic and steady state response. Al- though two converter modules are focused in this paper but it can be modified to any number of modules.

一种输入串联输出并联双有源桥变换器输入电压自平衡结构

输入串联输出并联(inputseriesoutputparallel,ISOP)双有源桥(dualactivebridge,DAB)变换器的输入均压(input voltage sharing,IVS)主动控制策略存在控制系统复杂和传感器数量较多的问题。相反地,无源调控方法的控制系统简单,因而具有明显的优势。基于无源均压思想,提出一种适用于共占空比控制的基于耦合电容的ISOP-DAB变换器的输入电压自平衡拓扑结构,通过耦合电容使得子模块的高频链环节产生电气耦合,从而实现子模块输入电压的均衡。进一步,给出含有耦合电容的ISOP-DAB变换器的简化等效电路,并进行理论分析与推导,得到子模块输入母线电压偏差及耦合电容电流与变换器硬件参数的关系。理论计算表明该拓扑在子模块参数存在较大的偏差时仍然具有较好的IVS能力。最后,仿真和实验结果验证该拓扑的可行性和有效性。

基于IDC配电系统的直流变压器拓扑及其控制方法的研究

直流变压器是互联网数据中心(Internet Data Center,IDC)配电系统的重要单元,其技术水平影响着整个IDC配电系统的运营水平。以逻辑链路控制(Logical Link Control,LLC)谐振变换器为基础单元模块,以输入串联、输出并联为拓扑结构,设计了一款基于IDC配电系统的直流变压器。首先介绍了直流变压器系统的拓扑结构,并分析了其均压均流特性;其次又提出了一种三环控制策略,主要对直流变压器系统进行均压均流控制,该策略可以使系统稳定输出额定电压,并使系统具有良好的均压均流效果;最后设计一款10 kV/400 V的直流变压器系统,实验表明该系统运行效果良好,具有较高的稳定性和调节能力。

多逆变器模块输入串联输出并联组合系统的分布式控制及其冗余技术研究

输入串联输出并联逆变器组合系统适用于高压直流输入、大电流交流输出的应用场合,其多模块串并联组合的特点令其可有效提高系统工作的可靠性。为了切实体现这一优点,需实现该系统的冗余运行,这实际上包含2个步骤:实现系统的分布式控制;实现其冗余功能。首先给出一种新的分布式架构及控制策略实现模块间功率均衡,讨论控制环路间的关系并进行设计;在实现分布式控制的基础上提出一种可保证系统冗余运行的控制方案,并给出热插拔时序;最后研制3模块的原理样机,实验结果验证了所提方案的正确性和有效性。

输入串联输出并联LCL型并网逆变器系统的目标多重化控制策略

输入串联输出并联(ISOP)逆变器组合系统适用于高直流电压输入、大功率交流输出的应用场合。如果将ISOP逆变器的拓扑应用在并网场合,那么一个大容量的并网逆变器就可以由多个小容量的标准化逆变器模块组成,这将有效提高系统的可靠性并且有利于系统的设计。本文基于ISOPLCL型并网逆变器组合系统,给出其优化拓扑以降低系统的体积和质量,并据此筛选控制变量,进而提出一种分布式控制策略以实现并网系统的多重控制目标,其包含模块间的功率均衡、谐振尖峰的抑制和进网电流的高功率因数。然后,论文在所提分布式控制的基础上给出一种冗余运行方案,保证ISOP逆变器并网系统中故障模块的平滑退出和备份模块的顺利投入。最后通过实验,验证了所提方案的有效性。

输入串联输出并联DC/AC逆变器系统的控制策略

输入串联输出并联逆变器系统适用于输入电压高、输出电流大的直流/交流变换场合,要保证该逆变器系统正常工作,就必须保证输入电压均压与输出电流均流。提出一种采用负载电流反馈的输入均压输出均流控制策略,该控制策略根据各模块间的输入电压偏差直接调节各模块的输出电流幅值,使输入电压高的模块输出电流增大,输入电压低的模块输出电流减小,从而实现输入均压。与采用输出滤波电感电流反馈的方法相比,采用负载电流反馈时,即使输出滤波电容不匹配,也不影响输出均流效果。同时,还分析输入均压环与系统输出电压环的关系,给出输入均压环和系统输出电压环的设计准则。最后以一台由2个模块组成的输入串联输出并联逆变器原理样机验证该控制策略的有效性以及环路设计的正确性。

基于负载自适应的辅助LC网络宽范围零电压开通的输入串联输出并联移相全桥DC-DC变换器

提出一种由2个移相全桥(phase-shifting full-bridge,PSFB)变换器模块和2个辅助LC网络组成的输入串联输出并联的DC-DC变换器。每一个LC网络连接在一个模块超前桥臂的中点和另一个模块滞后桥臂的中点之间。利用辅助LC网络,滞后桥臂开关管可以实现轻载下的零电压开通(zero voltage switching,ZVS),辅助LC网络的电流幅值可以自适应负载变化,即轻载时电流幅值大,用于实现滞后桥臂软开关管能量多,重载时,LC网络电流幅值小,环流损失小。因此,所提变换器适用于宽范围负载。对变换器的特点进行分析,并通过一个功率900W的原理样机验证了所提变换器的性能。

输入串联输出并联直流变压器

随着电力电子技术的发展,直流变压器得到了越来越多的关注。为了实现低压功率器件在高压电能变换中应用,人们采取了多电平拓扑结构、功率管串联技术和功率模块的串联技术等。本文以全桥直流变压器功率模块组成输入串联输出并联(Input series and output parallel,ISOP)结构直流变压器为研究对象,并详细地分析了其基本原理和影响均压的因素。仿真和实验结果验证了理论分析正确性,并表明在模块参数基本一致时,ISOP结构直流变压器能够获得较好的均压效果。

一种用于电-氢多能互补型微电网的双有源桥集成Boost拓扑及其控制

该文提出一种双有源桥(DAB)集成Boost变换器拓扑,并对其在PWM+移相控制方式下的工作原理和软开关情况进行分析。对多个该变换器进行串并联组合,得到可应用于电-氢多能互补型微电网中高电压等级直流母线与制氢电解槽之间的DC-DC环节的输入串联-输出并联(ISOP)型直流变压器。通过输出电压环、输入稳压环和输入均压环的联合控制,ISOP型直流变压器可以实现在串联侧的电压均衡、并联侧的电压稳定以及各子模块变压器一次、二次电压匹配。在理论分析的基础上搭建以STM32+FPGA为核心控制器的实验样机,验证了所提出的电路拓扑的正确性及控制策略的有效性。

配网直流变压器双极短路故障穿越方法

采用传统输入串联输出并联(ISOP)拓扑的配网直流变压器在系统发生双极短路故障时,如果不采取故障限流措施,模块电容会快速放电,故障清除后必须经过缓启充电等复杂时序完成恢复重启,无法实现故障穿越。文中提出一种基于改进型ISOP拓扑,利用故障电流阻断及限流控制实现系统故障穿越的方法。首先,理论分析了基于改进型ISOP拓扑结构的配网直流变压器系统中压侧故障穿越过程的3个阶段及其数学模型。然后,分析了基于故障限流原理的低压侧故障穿越方法及故障穿越时间的设计原则。最后,通过搭建实时数字仿真(RTDS)硬件在环半实物仿真平台进行了验证,仿真结果证明了该双极短路故障穿越方法的可行性和有效性。

直流固态变压器新型均衡解耦控制策略

直流固态变压器（DC solid state transformer,DCSST）由双有源全桥（dual-active-bridge,DAB）变换器以输入串联输出并联（input-series output-parallel,ISOP）的方式组合而成,其运行时不仅要控制输出端电压稳定,还需控制各DAB子单元输入电压均衡,并且均压控制与输出电压控制需实现解耦。基于DCSST小信号模型的传统均衡解耦控制方法在输入电压受不均衡扰动较大的情况下会产生解耦误差,影响输出电压控制。针对该问题,文章深入分析了以往均衡控制策略产生解耦误差的原因,由此提出一种新型均衡解耦控制策略。通过定义虚拟控制量实现DCSST模型的完全线性化,进而通过令均压控制量之和为零以及对输出电压控制量进行补偿,消除了耦合影响。仿真与实验结果表明,所提控制方法在DCSST承受较大程度输入电压不均衡扰动时,能够较好地消除输入均压控制对输出电压的耦合影响,其解耦效果明显优于传统控制方法。

相同移相角控制的串–并型移相全桥组合变换器

在高输入电压/低输出电压的电压变换应用场合,通常采用输入端串联/输出端并联(input-series output-parallel,ISOP)组合型直流变换器来降低功率开关器件的电压应力,但须确保、控制输入端串联均压与输出端并联均流。针对移相全桥变换器模块构成的ISOP组合变换器提出相同移相角控制技术。该控制技术无需专门的均压或均流控制环,故控制系统简单、可靠。针对变换器各模块参数不一致的工况,应用小信号模型与稳态直流模型,分析各模块输入端串联实现自动均压与输出端并联实现自动均流的机理,并且指出影响模块均压/均流精度的参数差异性。采用现有技术降低模块参数的差异性,足以保证相同移相角控制的ISOP组合变换器取得良好的均压/均流精度。仿真与实验均验证了该控制方案的可行性与可靠性。

面向中压交直流配电网的高频链直流固态变换器损耗模型和分析

高频链直流固态变换器(DCSSC)是中压交直流配电系统的关键设备之一。针对传统方法未考虑硬开关运行问题,本文提出了一种基于输入串联输出并联双有源桥的高频链固态变换器损耗计算方法。分析了高频链直流固态变换器软开关和硬开关工况下的工作原理,给出了不同阶段下开关器件有效导通时间,推导了软开关和硬开关下的电流平均值和有效值解析模型。建立了高频链直流固态变换器的通态损耗和开关损耗模型,给出了改进型高频变压器损耗计算方法。最后通过Matlab和PSIM仿真软件在开关频率和传输功率变化情况下对高频链固态变换器的各部分损耗分布和系统效率进行了验证和分析。