非最小相位的单电感双输出Buck-Boost变换器的复合控制方法

单电感双输出Buck-Boost (SIDO Buck-Boost)变换器在电感电流连续模式(CCM)下工作存在交叉影响以及非最小相位特性的问题.为了解决上述问题,提出基于储能函数的扩张状态观测器(ESO)的改进非奇异快速终端滑模(NFTSM)和自抗扰控制(ADRC)相结合的控制策略.设计主路控制器,对系统的传递函数进行拟合得到ADRC范式,利用该范式对主路进行解耦控制.设计支路控制器,采用改进型ESO对储能函数进行观测,并将观测值反馈补偿到非奇异快速终端滑模控制律中,达到支路解耦的效果.为了抑制滑模控制的抖振问题,对趋近律进行改进.利用Lyapunov理论证明系统稳定性.基于硬件在环(HIL)实验平台进行实验验证.结果表明,所提控制策略与PI控制策略以及基于ESO的滑模控制策略相比,在超调量和响应时间上具有较好的效果.

基于CESO的SIDO Buck-Boost变换器自抗扰控制策略

针对单电感双输出Buck-Boost变换器两输出支路va和vb间存在交叉影响,暂态性能差等问题,提出一种基于级联扩张状态观测器(CESO)的自抗扰控制(ADRC)策略.首先,根据ADRC理论将主路和支路分别拟合为相互独立的系统,减少支路间的交叉影响;其次,设计CESO对系统总扰动进行估计,消除因传统扩张状态观测器不完全估计而造成的观测残差,并利用CESO对电路传感器高频噪声的抑制作用,进一步提高观测值的估计精度;然后,将观测值作用于ADRC的状态误差反馈控制率,以提高系统的暂态性能;最后,利用Lyapunov理论证明了控制系统的闭环稳定性.仿真结果表明:本文所提控制策略有效减小了两输出支路va和vb间的交叉影响,同时提高了系统的暂态性能.

一种半周期SVPWM控制的三相双向双Buck/Boost变流器

三相AC/DC变流器广泛应用于中高功率场合,传统的三相桥式拓扑上下桥臂功率管直接相连,存在直通问题,需要在驱动信号中加入死区,导致大量低次谐波的产生。三相双Buck/Boost拓扑克服了上下桥臂的直通问题,无需设置死区,大大减小了交流侧的电流谐波。分析三相双Buck/Boost变流器的工作模态,定义半周期冗余开关信号,论证屏蔽冗余开关信号的必要性,讨论整流、逆变双向切换及半周期控制的过零畸变问题,并提出改进的半周期双向空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)控制策略,通过仿真与实验验证理论分析的正确性。

双沿调制的四开关Buck-Boost变换器

与传统的Buck—Boost变换器相比，四开关Buck—Boost变换器具有输入输出同极性、开关管电压应力低等优点。该文针对四开关Buck—Boost变换器在通信电源分布式系统中的应用，提出三模式双频双沿调制的控制策略。该控制策略将变换器分成Buck单元和Boost单元，此两单元分别采用后沿调制和前沿调制，并且在Buck—Boost工作模式时，开关频率由Buck以及Boost模式的200kHz降到40kHz，以提高变换器的效率。实验室制作了一台48V（33-75V）输入48V／6．25A的样机，对所提出的控制策略进行验证。试验结果表明所得结论正确。

双Buck/Boost集成双有源桥三端口DC-DC变换器

在传统的双有源桥变换器的基础上集成两个双向Buck/Boost电路,提出了一种双Buck/Boost集成双有源桥三端口DC-DC变换器,该变换器实现了桥臂开关管的复用,提高了功率密度。以光伏-蓄电池混合发电系统为例对该变换器拓扑进行分析,采用移相+PWM进行控制,通过控制移相角实现输入与输出端口间功率传输,通过调节占空比来匹配输入端口电压等级,以实现光伏端口的最大功率点跟踪和平衡蓄电池端口的能量传递。分析了该变换器的工作原理、稳态与软开关特性,该变换器较大程度地改善了传统移相控制下DAB在移相角较小时的软开关条件,使得在宽工作范围内能够实现所有功率开关管的软开关。最后建立300W实验样机进行方案验证。

双管Buck-Boost变换器的带输入电压前馈双闭环控制策略

针对宽范围输入的双管Buck-Boost变换器,在Buck和Boost两模式之间进行切换和输入电压发生波动时,电感电流和输出电压存在较大波动的问题,提出了带输入电压前馈的两模式平均电流控制策略。该策略通过将具有电压电流双闭环结构的平均电流控制与单载波-双调制的调制方法相结合,来提高变换器的动态响应性能,实现变换器两模式的自动近似平滑切换,同时对电感电流进行有效控制,保护设备安全。为了克服传统双闭环前馈函数实现和化简困难的缺点,提出将输入电压前馈引入电流内环从而大幅提高了变换器的输入动态响应性能。最后建立了MATLAB/Simulink仿真模型和硬件试验平台,验证了所提控制方法的有效性。

基于V^2控制方法双Boost-Buck单一逆变器的风光储分布并网/孤岛离网控制模式

目前边缘农牧区采用风光互补发电,由于通过各自逆变器运行,存在成本高、能耗高等问题。提出采用双Boost-Buck单一逆变器结构实现风光储联合发电共用直流母线方案,达到降低投资成本和运行能耗的效果。首先设计了基于V2控制双Boost-Buck变换器风光储联合发电的拓扑结构和电路,实现了输入电压在较宽范围内波动时输出电压仍然能够恒值控制的目标,同时采用电压斜坡补偿方法抑制了Boost-Buck电路自激振荡问题。接着基于蓄电池,制定了储能平抑风光波动、九宫分区跟随负荷、模糊充放电等控制策略,达到了风光储发电与逆变器无缝对接。其次基于风光储联合发电系统,进行了减小弃风光电量效益评估。最后基于风光储分布并网和孤岛离网控制模式,研发了软硬件装置,进行了仿真验证和试验测试。结果表明:逆变器输出电流具有良好的静、动态性能,同时实现了较好的经济性、有效性、稳定性和可靠性。

双沿调制的双管Buck-Boost变换器

双管Buck-Boost变换器具有输入输出同极性、开关管应力低等优点,同步方式下开关损耗严重,非同步方式下采用交错、双沿控制方式,变换器的效率有所改善。为进一步提高双管Buck-Boost变换器的效率,提出了一种两模态双沿调制的控制策略,通过对变换器在任意占空比、任意移相情况下的开关控制方式进行详细讨论和分析,并比较四种开关方式的几个主要特性的优劣,得出两模态双沿调制的控制策略可有效降低变换器电感平均电流、减少工作的开关数量并提高效率的结论,最后通过搭建仿真模型,验证了其正确性和有效性。

宽输入全桥Buck-Boost变换器控制策略研究

针对全桥Buck-Boost(FBBB)变换器在宽输入电压范围内高散热需求、低效率、可靠性差等问题,提出了一种宽输入FBBB变换器多模式控制策略。该策略根据输入电压与输出电压的关系确定变换器的工作模式,采用平均电流控制与双沿调制、移相控制相结合的方式,实现FBBB变换器在降压、升压和升降压模式之间平滑过渡,变换器工作在有效占空比区间,对电感电流进行有效控制,确保变换器安全可靠工作。使用Type-Ⅲ型补偿网络来改善控制环路,实现高精度输出和快速动态响应。最后通过搭建仿真模型,验证了其正确性和有效性。

SIDO Buck-Boost变换器的工作模式及稳态增益分析

单电感双输出(SIDO)Buck-Boost变换器由于引入后级功率开关管,其工作模式和稳态增益较传统单输出Buck-Boost变换器复杂的多。为给SIDO Buck-Boost变换器的分析设计提供理论指导,分析了SIDO Buck-Boost变换器的工作模式,将其工作模式分为连续导电模式(CCM)和不连续导电模式(DCM),并求得了CCM与DCM的临界电感。发现CCM SIDO Buck-Boost变换器的输出可分为四种不同的状态,并推导出了两条支路的稳态增益解析式,根据该解析式获得了变换器工作于各种输出状态需满足的条件,同时得到了变换器各支路稳态增益取得极大值的实现条件。实验结果验证了理论分析的正确性。

适用于激光温控的动态双模切换Buck/Buck-Boost换流拓扑

在半导体激光温控电源领域中,一直缺乏既能加热又能制冷的高效率温控电路,根据Buck和Buck-Boost换流拓扑中二极管和电感的对偶性,采用多功能切换开关将二者动态交换位置,提出了一种动态双模切换的Buck/Buck-Boost换流拓扑。该换流拓扑可根据温度反馈信号,动态切换在Buck或Buck-Boost模式下,输出正向电压或负向电压驱动TEC(半导体制冷器),控制激光器在环境温度变化时始终工作在恒温状态下。在saber软件中对Buck/Buck-Boost换流拓扑进行了变模仿真分析,得出该拓扑在变模的同时可自由调节输出幅度,在此基础上研制了一种双向温控电源,实验表明,该电源的转换效率在加热和制冷模式下均高于90%,温控精度达到0.06℃,验证了该换流拓扑的有效性。采用该技术对中大功率激光器恒温控制具有节能、体积小、环境适应性强等技术优势,同时该双模拓扑的提出对开关换流拓扑发展提供了一定参考。

单相单级式耦合电感型分裂源升压逆变器

面对全球资源日渐紧缺、环境问题日益严重、传统化石能源开发利用越发困难等新挑战,世界各国都在大力探索、发展新能源发电技术,以新能源为主体的新型电力系统是未来电力系统的发展方向。该文提出一种单相单级式耦合电感型分裂源升压逆变器及其调制策略,所提出的变换器具有如下特点:1)采用Δ型耦合电感,极大地提升变换器的输出电压增益,并具有高输出电压增益调节自由度。2)采用双Buck结构,有效抑制逆变桥臂直通电流,降低死区时间配置要求,提高变换器可靠性。3)高输出电压增益条件下具有高调制系数,从而有效提升输出电压波形质量。该文对该变换器的拓扑结构、工作原理、调制策略和输出特性等进行详细分析,通过仿真与实验验证变换器的可行性与有效性。

基于自适应模糊PID算法的锂电池组双层均衡控制

为提高电池重组时的均衡效率,在传统Buck-Boost均衡拓扑电路的基础上,设计了一种锂电池组双层均衡拓扑电路。组内采用Buck-Boost电路均衡,组间利用双向反激变压器进行均衡。均衡控制策略采用自适应模糊PID算法,以电池荷电状态(state of charge, SOC)为均衡变量,利用模糊控制算法对PID参数进行调节,缩短了均衡时间,提高了均衡效率。在Matlab/Simulink中搭建了锂电池组双层均衡拓扑电路和自适应模糊PID控制算法模型。实验结果表明:在不同工作状态下,所提出的电池组均衡拓扑及其控制策略将均衡时间效率平均提高了58.36%,验证了该方案的有效性。

高效率升降压变换器的电压前馈策略及控制方法

为解决Buck-Boost变换器Boost工作模式下变换器的暂态响应恶化的问题,采用双调制-单载波双模式控制方法确保变换器的高效率并自动平滑切换工作模式。在宽输入电压场合,为消除输出电压受输入电压扰动带来的波动,通过小信号模型的建立得出变换器的输入电压前馈函数,提出带输入电压前馈的双模式控制方法,进而保证变换器宽输入电压范围下的高效率以及良好的暂态响应。制作一台实验样机,通过实验对比引入电压前馈控制策略和未引入电压前馈控制策略的双模式控制方法下的变换器实验波形,验证所提电压前馈控制策略及控制方法的有效性。

适合宽输入电压的单级升降压逆变器

光伏电池受环境、光照、温度等因素的影响,其输出电压范围宽,光伏并网逆变器需要完成逆变与升压两个功能。提出一种新型的适用于宽输入电压的单级式升降压逆变器拓扑,基于"虚拟变压器"的结构,在单级功率变换中实现逆变与升压的功能。采用高频的功率开关器件构成变比连续可调的虚拟升压变压器,替代传统笨重的工频升压变压器,使得逆变系统的体积、重量以及成本降低,易于集成,并且提高了变换效率。对该逆变器降压逆变与升压逆变的两种工作模式进行分析,给出调制策略的具体实现方案。仿真与实验结果表明,所提出的拓扑适合宽输入电压的升降压逆变场合。

基于傅里叶级数建模的双有源桥DC-DC变换器电流有效值分析

采用傅里叶级数求和的方法建立双有源桥DC-DC变换器在移相控制下统一的数学模型,针对双有源桥DC-DC变换器直流侧电压不匹配时在传统单移相控制方式下电感电流有效值过大的问题,提出了优化电感电流有效值的双重移相控制方式。对工作在升压、降压、电压平衡状态下的双有源桥DC-DC变换器在传统单移相、双重移相控制方式下电感电流有效值随传输有功功率变化的情况进行对比分析。在此基础上根据变换器工作在升压、降压状态,提出对应的双重移相控制方式,以达到优化电感电流有效值的目的,使工作在该状态下的变换器具有更小的通态损耗,提高了变换器的效率。实验验证了该双重移相控制方式的有效性和优越性。

基于PSCAD/EMTDC的双电池储能系统协调运行特性分析

本文提出了适用于新能源接入场景的双电池储能主电路结构,给出了双电池储能A、B单元单独承担充电或放电任务的运行工作原理,建立了双电池储能按照给定功率运行的数学模型,Buck-Boost电路采用了定周期比较策略实现双电池储能单元所给定参考功率的传输,变流器VSC采用精确反馈线性化控制策略实现直流侧电压恒定和给定无功的传输;最后基于PSCAD/EMTDC搭建的仿真平台对所提出的主电路结构的合理性及双电池储能按照给定充放电循环深度运行的协调控制策略的有效性进行验证。

基于隔离升降压变换器的单级软开关功率因数校正变换器

提出一种基于隔离升降压变换器的单级隔离软开关功率因数校正(power factor correction,PFC)变换器及其控制方法。通过采用优化的双重移相控制策略,变换器在半个工频周期可以分别工作于升压模式和降压模式,从而同时实现输入功率因数校正和输出电压调节,且变换器中所有开关管和二极管可在宽范围内实现软开关、开关损耗低。文中详细分析了变换器的工作原理、工作特性以及参数优化设计考虑,实验验证了所研究的单级隔离软开关PFC变换器及其控制方法的正确性和有效性。

有源升降压逆变器双模式调制策略研究

新能源发电系统要求逆变器具有宽输入电压适应能力,该文基于有源升降压逆变器拓扑,对恒升压比调制和双模态调制两种调制方法进行对比。双模态调制根据不同的直流输入与瞬时的交流输出电压大小关系,使电路呈现出不同的等效电路结构,且每种结构均只有部分开关管高频工作,有利于提高变换效率。还对两种调制下电感电流、开关管电流应力进行分析比较。实验结果表明,该变换器可双模式工作,具有宽输入电压适应能力。

一种新型单级非隔离双Cuk逆变器

为适应可再生能源发电系统宽范围变化的直流电压,提出一种新型单级非隔离双Cuk逆变器。该逆变器是将两个改进的Cuk直流变换器通过输入串联、输出并联的组合而成的。借助于Cuk直流变换器的升降压能力,使得该逆变器可以适应于宽范围变化的输入直流电压。介绍该逆变器的工作原理和参数设计方法,推导其数学模型并设计闭环调节器。在理论分析的基础上,进行仿真和试验验证。仿真和试验结果表明,该逆变器具有升降压能力,适用于输入电压宽范围波动的应用场合;通过设置适当的调节器,该逆变器可以获得良好的动、静态性能。