Input-parallel output-parallel configuration of boost half bridge DC-DC converter with control strategy

The concept of connecting two boost half bridge DC-DC converter modules in input-paral- lel output-parallel configuration is presented. The input-parallel-output-parallel （IPOP） converter consists of multiple boost half bridge （BHB） DC-DC converter modules which are connected in par- allel at the input and output side. This kind of converter is an attractive solution for high power ap- plications. The correlation between input current sharing （ICS） and output current sharing （OCS） of the IPOP converter basic modules is described. Two loop control strategies, consisting of input cur- rent loop and output voltage loop, have been developed to achieve equal ICS and OCS in this present work. The control strategy for the IPOP configuration of boost haft bridge DC-DC converter has been verified for different load conditions （half load and full load）, The IPOP system proposed here is comprising of two modules but it can be extended to three or more. The performance of the pro- posed system along with the control strategy is verified by simulation in MATLAB using Simpower tool. Finally the satisfactory simulation results are obtained.

基于改进下垂控制的多模块谐振变换器均衡控制策略研究

当前,光伏、海上风电等新能源场站的直流汇流应用得到越来越多的关注,在新能源发电低压输入中高压汇流输出的场合,为了提升直流输电电压并进一步减小器件应力,多采用输入并联输出串联(IPOS)结构。虽然这种模块化串并联结构有着许多优势,但由于模块间器件参数误差,导致各模块存在电压电流不均衡的问题,影响整个功率变换系统的稳定运行。为此提出了面向直流汇流应用的IPOS多模块谐振变换器的改进下垂控制均衡方法,各模块间无需加入通信就实现各模块的输出电压和功率的完全均衡,改进了传统下垂控制电压与参考值不符的问题,并进一步提升了系统的动态响应性能。基于该控制方式,搭建了三路模块化IPOS谐振变换器原理样机,通过实验验证了所提改进下垂控制方法对IPOS系统的均衡效果。

基于GPU的大状态密码S盒差分性质评估方法

大状态的密码S盒能够为对称密码算法提供更好的混淆性,但对大状态S盒的性质评估开销巨大。为高效评估大状态密码S盒的差分性质,提出基于GPU并行计算的大状态密码S盒差分性质评估方法。该方法基于现有的差分均匀度计算方法,针对16比特S盒的差分均匀度和32比特S盒的差分性质,分别设计GPU并行方案,通过优化GPU并行粒度和负载均衡提高了核函数和GPU的执行效率,并缩短了计算时间。测试结果表明,相较于CPU方法和GPU并行方法,所提方法大幅降低了大状态S盒差分性质评估的计算时间,提高了对大状态S盒差分性质的评估效率:对16比特S盒差分均匀度的计算时间为0.3 min;对32比特S盒的单个输入差分的最大输出差分概率计算时间约5 min,对它的差分性质计算时间约2.6 h。

单相无桥功率因数校正变换器拓扑族推演回顾与性能分类总结

随着多种节能标准与低碳政策的实施,单相无桥功率因数校正(power factor correction,PFC)拓扑受到更多关注。目前,虽然多种无桥拓扑已被提出并被应用于不同应用场合,但尚未有文献系统地概述这类无桥PFC拓扑结构特点并开展拓扑性能分析。该文通过将双变换单元进行输入并联输出并联(input-parallel output-parallel,IPOP)、输入并联输出串联(input-parallel output-series,IPOS),提出无桥拓扑族系统推演方法以及无桥拓扑IPOP与IPOS的分类。同时,以6种变换单元为例,推演28种无桥拓扑并作相关拓扑概述,说明无桥拓扑族系统推演方法的普适性。其次,通过对称性与对偶性,进一步简化无桥拓扑族的器件数量。然后,筛选出12种主要无桥拓扑与传统有桥拓扑比较,并分别介绍12种无桥拓扑性能特点。最后,基于性能对比结果,归纳IPOS与IPOP两类拓扑的优缺点与适用场景。

低冗余高可靠模块化输入并联输出串联电源系统及其控制方法

为了使输入并联输出串联电源系统同时具备模块级和系统级冗余能力,提出低冗余高可靠超宽电压范围电路结构及其控制方法。基于两级式电路和多模块串并联实现电源系统超宽电压输出,通过模块级部分子电路冗余设计,实现模块级和系统级N+X双重冗余,使得功率模块部分失效或多个模块全部失效时系统仍具有全电压、全功率输出能力。进一步提出模块化电源系统的分布-集中混合式控制策略,分布式自主控制保证了模块间应力均衡、并使得输出电压在目标值范围内,集中控制确保总输出电压精度。该文详细分析所提电路结构及其控制策略的原理、特性和实现方案,并通过0~1000 V/50 kW输出电源系统实验,验证了所提方案的有效性。

感应电能传输系统多并联拾取模块电流和输出功率均衡方法

大功率感应电能传输系统通常采用多并联拾取模块结构。然而,多并联拾取模块参数不一致,会导致各个拾取模块的电流和输出功率不均衡,从而降低系统效率,严重时会因模块过流而造成系统故障。为解决该问题,文中提出一种基于并联拾取模块补偿电容器的多并联拾取模块电流和输出功率均衡方法。首先,介绍了传统感应电能传输系统与所提出的感应电能传输系统拓扑的特性。然后,分别分析了互感、拾取线圈自感及内阻对电流分布和系统效率的影响。最后,通过4个并联拾取模块的感应电能传输系统实验平台验证了所提方法的有效性。实验结果表明,采用所提方法时多并联拾取模块的电流和输出功率基本一致,并且相比传统感应电能传输系统,系统效率最高提升了2.21%。

正交三偶极子阵列MIMO雷达近场目标定位

本文基于发射端和接收端都配备了正交三偶极子阵列的双基地多输入多输出(Multiple-Input MultipleOutput,MIMO)雷达系统,结合三线性分解提出了一种近场源多维参数估计算法。该算法首先利用接收端匹配滤波器的输出数据构建了一个三阶平行因子(Parallel Factor,PARAFAC)模型。同时为了加快算法的收敛速度以及避免所提算法对迭代的初值敏感,利用复平行因子分析(COMplex parallel FACtor analysis,COMFAC)算法来得到发射阵列和接收阵列导向矩阵的估计值。接着,根据发射阵列导向矩阵和接收阵列导向矩阵的结构特征得到每个目标的波离角(Direction-of-Departure,DOD)和波达角(Direction-of-Arrival,DOA)的粗估计值,并且基于双基地MIMO雷达阵列系统的几何关系得到从发射阵列到目标的距离以及从目标到接收阵列的距离的粗估计值。最后,基于得到的近场多维参数的粗估计值得到发射阵列和接收阵列的空间相位估计值,并进而从空间相位的估计值中得到更精确的DOD,DOA,从发射阵列到目标的距离和从目标到接收阵列的距离的精估计值。该算法适用于阵元间距为半波长的均匀线性阵列,相比于传统近场定位需满足阵元间隔为四分之一波长的前提,所提的MIMO阵列系统降低了阵列孔径损失,同时所提算法不需要进行谱峰搜索以及额外的参数配对操作。仿真结果表明,基于正交三偶极子阵列的MIMO雷达测向算法较传统标量阵列的算法具有较高的参数估计精度。

基于并行小波算法的多模态数据近似匹配模型构建

针对近似匹配过程易受数据冗余性、异构成分等的影响,提出了基于并行小波算法的多模态数据近似匹配模型。该模型首先采用并行小波算法剔除多模态数据中的噪声,避免噪声对匹配过程产生影响;其次采用张量分解的聚类算法将不同相似度的数据划分到不同类簇中,以消除不同类簇的数据差异度;最后将预处理后的数据输入到基于空间方向近似性的数据匹配模型中,通过计算参考数据与待匹配数据之间的空间方向近似度、编辑距离完成多模态数据的近似匹配。实验结果表明,所提方法的匹配查准率高、查全率高、匹配时间短。

IPOP型双有源桥变换器均流控制方法研究

为提高双有源全桥变换器的功率容量,各种模块化组合方式被相继提出。基于输入并联输出并联的模块化组合方式,首先建立了变换器的降阶小信号模型,然后分析了变换器相与相间的均流原理并给出了变换器的相固有参数估算方法和并联均流控制策略,最后基于仿真模型对所提出的控制方法的合理性和正确性进行了验证。

具备低电压穿越能力的自均压型混合直流变换器研究

输入串联输出并联型(input-series output-parallel,ISOP)直流变换器广泛应用于能源互联网中的直流电网场景,其关键问题在于解决系统模块间输入电压不均衡。为此,结合谐振型和移相型双有源桥(dual active bridge,DAB)变换器,提出一种具备自适应均压能力的混合型模块化ISOP型直流变换器,系统同时具备谐振型DAB的高效率和移相型DAB的灵活控制能力。通过在DAB源端的滞后桥臂中点增设无源的LC谐振支路,该谐振支路与相邻子模块的2个半桥模块共同构成非隔离型双有源半桥,以此来实现系统输入电压的自适应均衡。此外,提出一种低电压穿越(low voltage ride-through,LVRT)方法,在DAB前端连接电压调整模块,模块内部的高频变压器的副边串联电感,当系统输入输出侧发生电压跌落时具备故障穿越的能力,提高系统的暂态可控性。最后,在MATLAB/SIMULINK环境下搭建模型进行验证,可以证明系统的自适应均压性能及故障穿越方法的有效性。

PT对称多线圈并联无线电能传输系统参数优化

针对宇称时间(parity-time,PT)对称多线圈并联无线电能传输(wireless power transfer,WPT)系统参数相互关联,系统参数配置困难,提出一种基于PT对称的多线圈并联WPT系统参数优化设计方法。建立基于PT对称多线圈并联WPT系统数学模型,给出系统输出功率、传输效率以及有效传输距离的一般性影响规律表达式。采用一种非线性规划和遗传算法相结合的优化方法,以输出功率为目标函数,以传输效率和有效传输距离为约束条件,对系统发射-接受线圈数及谐振参数进行寻优。根据优化结果搭建实验样机,实验结果表明系统在满足所需传输效率及有效传输距离下,系统功率输出达到设计要求,验证了理论分析和优化方法的有效性。

Novel Mobility Formula for Parallel Mechanisms Expressed with Mobility of General Link Group

The determination of virtual constraints is always one of the key and difficult problems in traditional mobility calculation. To make mobility calculation simple, considering avoiding virtual constraints, some new formulae have been presented, however these formulae can hardly intuitively reflect general link group＇s restrictions on output member and its influences on independence of output parameters, which is premise to the judgment of the properties of mobility. Towards the problem to reveal the intrinsic relationship between the degree of freedom（DOF） of a mechanism, the link group, and the dimension of output parameters, also to avoid determination of virtual constraint, based on the new concepts of the ＂DOF of general link group＂ and ＂node parameters＂, a new formula in the calculation of the mobility of mechanisms is presented that is expressed with DOFs of the general link groups and rank of motion parameters of base point of the output link. It is named GOM（mobility of groups and output parameter） formula. On the basis of new concepts of＂effective parameters＂ and ＂invalid parameters＂, a rule is put forward for solving the DOF of mechanisms with invalid parameters by GOM formula, that is, the base point parameters are the subset of effective parameters of link group. Thereafter, several examples are enumerated and the results coincide with the prototype data, which proves the validity of the proposed formula. Meanwhile, it is obtained that the necessary and sufficient condition for the judgment of output parameters independence is that each of the DOF of the link group is not less than zero. The proposed formula which is simple in calculation provides theoretical basis for the judgment of independence of output parameters and provides references for type synthesis of novel parallel mechanisms with independence requirements of their output parameters.

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.

The Research on Stability of DC/DC in Parallel System

In this paper, a main structure of DC distributed power system is introduced;the stability of the output voltage in parallel system is put forward. This paper analyses the output impedance of master-slave current sharing mode and average current sharing, analyses the stability of parallel system through simulation, there is Right-half plane (RHP) polar in the Bode plot of input impedance. At last this paper distinguishes whether this system is stability and verifies the validity of the simulation.

多变换器模块ISOP系统及其均压均流控制

为降低开关管的电压应力,提出基于Boost+LLC谐振变换器的多变换器模块输入串联输出并联(ISOP)系统,其中Boost变换器用来调节输出电压,LLC谐振变换器用来实现输入输出电气隔离和电压匹配。详细分析了ISOP系统均压均流特性,给出了系统控制策略及关键电路参数设计方法,在无需增加额外措施的条件下,自动实现了ISOP系统的输入均压和输出均流,且其均压效果受模块参数不一致影响较小。最后,研制了一台由两个6 kW Boost+LLC谐振变换器组成的ISOP系统原理样机,实验结果证明了理论分析的正确性。

考虑电流应力优化的ISOP-DAB变换器扰动均压控制策略

针对输入串联输出并联双有源桥(dual active bridge,DAB)变换器子模块内部参数不匹配导致的功率不平衡,以及单移相(single phase shift,SPS)控制下变换器工作效率低的问题,该文基于拓展移相(extended phase shift,EPS)控制提出一种扰动均压(disturbance voltage sharing,DVS)控制策略。通过建立EPS控制下的电流应力解析模型,求解最优电流应力对应下的内外移相比组合。进一步,设计逐级扰动方案,通过扰动模块的外移相比,对各模块内部参数失配时的输入电压进行补偿。DVS控制策略在实现串并联模块间功率平衡的前提下,降低变换器电流应力,从而提升变换器的工作效率。此外,由于无需在每个控制环路中增设输入电压传感器,系统结构更为简化,硬件成本更低。最后,通过仿真和实验验证了所提控制策略的正确性和有效性。

基于气动马达的微型压缩空气储能系统的试验研究

压缩空气储能具有寿命长、成本低、环境污染小等优点而备受关注,然而压缩空气储能系统存在能量密度和效率低的问题,本工作提出了气动马达并联工作模式以提高压缩空气储能系统的输出功率、能量转换效率和经济性。通过对比分析了在气动马达并联工作和单独工作时,关键参数变化对气动马达输出功率、经济性和能量转换效率的影响规律。为了将微型压缩空气储能系统的膨胀机和压缩机一体化,本工作研究了气动马达正转和反转的性能。气动马达既作为膨胀机又作为压缩机,可以双模式运行,提高设备的利用率,降低压缩空气储能系统的成本。与可再生能源发电相结合的应用场景中,变工况运行是压缩空气储能系统面临的一个关键问题。以储气罐压力变化和负荷需求波动为代表的多种变工况条件在系统运行过程中常常同时存在,本工作在变工况条件下,通过试验研究了关键因素对压缩空气储能系统性能的影响情况。试验结果表明,采用气动马达并联工作模式可以提高压缩空气储能系统的输出功率、能量转换效率和经济性。当进气压力为10.5 bar(1 bar=100 kPa)时,气动马达和发电机输出功率的最大值约为660 W和380 W。

基于变流器输出阻抗的直流微电网下垂并联系统振荡机理与稳定边界分析

针对直流微电网下垂控制变流器并联系统中变流器间内部参数差异引发的并联稳定性问题,该文采用基于变流器输出阻抗的频域方法进行研究。首先,该文建立单台下垂控制Buck变流器的输出阻抗模型并分析其特征。然后,依据该输出阻抗特征,基于变流器输出阻抗的稳定性分析方法揭示下垂控制变流器并联系统的振荡机理。在此基础上,对变流器输出阻抗进一步简化,结合并联系统振荡机理提出并联系统关键参数的稳定边界。最后,搭建下垂控制Buck变流器并联系统实验平台,通过实验验证了所提振荡机理及稳定边界的正确性。

基于输入并联输出串联的高效高升压比DC-DC变换器

随着新型可再生能源的快速发展,对高效、高升压比DC-DC变换器的需求日益增加。传统两级级联式结构中,前后两级均需传递全部功率,不利于系统效率的提升。为此,该文提出一种基于输入并联输出串联(IPOS)连接的上下堆叠式高升压比直流变换器,系统的上部分变换器工作在直流变压器(DCX)状态,实现恒电压比传输,处理大部分功率,通过对谐振点处的参数优化实现效率提升;下部分变换器则起到系统闭环动态调压的作用,传输小部分功率。该文详细介绍所提出结构的工作原理、参数设计以及平面变压器的优化设计,并搭建24~32 V/400 V、额定功率200 W、开关频率1 MHz的实验样机验证了理论分析的正确性,所搭建样机峰值测试效率高达96.3%。

基于遗传算法的多模块IPOP双有源全桥DC-DC变换器总电流有效值优化策略

单模块双有源全桥DC-DC变换器,可通过最优移相策略来保证电流有效值最优。然而,当多模块并联运行时,由于模块间电气量无法完全匹配一致,不同模块间的电流有效值特性将有所差异,导致传统的均功率控制无法做到总效率最优。基于此,该文提出一种基于遗传算法的多模块输入并联输出并联(IPOP)双有源全桥DC-DC变换器总电流有效值优化策略。首先,该文结合遗传算法对单模块双有源全桥变换器的电流有效值特性进行分析与优化,该算法集成了单、双、三重移相控制的优势,同时可自然实现三种移相策略的无缝过渡。其次,针对输入输出并联的多模块变换器系统,提出一种基于离线计算在线查表,总电感电流有效值最优的控制策略。不同于传统的均功率控制方法,该策略可根据模块间辅助电感的差异化对总功率进行优化分配,以实现系统的总电感电流有效值最优。最后,搭建一台基于碳化硅器件的8 kW/100 kHz三模块并联样机对优化控制策略进行验证,实验表明,基于优化控制策略,样机峰值效率可达98.8%,与传统均功率控制策略进行对比,在降压和升压工况下,平均效率分别提升了1.2%和0.84%,验证了该文所提控制策略的有效性。