三端口双向直流变换器的负序平衡应用

基于三端口双向直流变换器能实现各端口之间有功能量自由传输的特点,提出了其在负序电流平衡方面的新型应用方法及电路拓扑.该方法克服了传统负序电流平衡方法不能实现三相桥臂之间有功能量交换的问题,能有效改善三相电网的不平衡问题.本文对三端口双向直流变换器工作原理、负序电流平衡方法,以及基于该方法的负序平衡系统容量关系进行了详细分析,提出了系统控制策略.通过仿真验证了三端口双向直流变换器负序平衡应用的可行性及系统控制策略的有效性.在合适的控制策略下,本拓扑能同时实现包括负序、无功和谐波电流在内的综合补偿.

基于三端口双向直流变换器的负序电流平衡方法的研究

本文提出一种基于三端口双向直流变换器的新型负序电流平衡方法及其拓扑,该方法通过三端口双向直流变换器实现了三相电网间的有功能量交换,能有效改善电网三相电流不平衡问题。本文分析了电路基本工作原理,提出了系统的三相负序平衡控制策略。仿真结果验证了本文提出控制策略的有效性以及负序电流平衡方法的可行性。在合适的控制策略下,本拓扑能同时实现对包括负序、无功和谐波电流在内的综合补偿。

三端口双向直流变换器断路故障综合诊断方法

三端口双向直流变换器是现代微电子技术中的新型核心装置,其故障的快速综合诊断可促进电子技术的发展。通过建立SHEV电气系统的三端口双向直流变换器的仿真拓扑模型,考虑功率器件的位置条件,以直流侧母线输出电流作为特征量,细致划分每种故障类别,并分析不同故障下输出电流的特性,通过快速傅里叶变换FFT(fast Fourier transform)分解信号获取各个频率段,以20 kHz频率段直流侧电流信号能量作为故障诊断的特点量,结合遗传算法BP神经网络,综合实现故障类别的区分与诊断。实验结果表明,此方法在诊断与区分交直流变换器的断路故障时,诊断最小误差仅为0.033,诊断结果精(准);且可在一个开关周期内实现开关管断路故障诊断,具有较高准确率及效率。

适用于直流微网系统的新型双向三端口变换器及其控制策略

在传统分布式新能源并网接口中增加储能装置作为第三端口,可有效改善因分布式新能源强不确定性和随机性等特征引发的输出功率波动问题。为此提出并研究了一种适用于高升降压比直流微网系统的新型非隔离双向三端口变换器及其控制方法。通过集成双有源半桥变换器和非隔离双向Buck/Boost变换器,实现了三个端口中任意两个端口之间功率的双向传输。详细分析了所提新型变换器的工作原理、变换器输出特性以及控制策略,通过移相+脉宽调制控制方法,实现了宽范围的电压调节和各端口间功率的平滑切换。搭建了一台1 kW的试验样机,验证了所提出的新型三端口变换器及其控制方法的可行性和有效性。研究结果对于提高分布式新能源接入稳定性具有理论指导与工程实践借鉴意义。

三端口直流变换器的光储实验平台设计

针对光储实验平台硬件封闭、占地空间大的问题,开发了一套基于项目驱动、模块化的三端口直流变换器实验平台。首先构建基于三端口直流变换器的实验平台,其次设计光伏、储能及负载的功率变换拓扑,然后建立变换器控制系统并研究控制策略;设计主电路电感、电容参数及系统电路,进行控制系统软件设计;最后完成软硬件实验平台测试与分析。实验结果表明,三端口直流变换器负载电压调整率小于2%,系统效率高于94%,光伏侧实现最大功率点跟踪(MPPT),蓄电池实现稳定充放电功能。

基于冗余矢量的T型三电平双向变换器中点电位平衡模型预测控制

T型三电平双向变换器因其具有损耗小、输出电能质量高等优势适合应用于低压交直流混合配电网互联等场景。针对T型三电平双向变换器存在直流侧中点电位不平衡等问题,模型预测控制因其易于实现多目标优化的特点具有良好的应用价值。为了解决传统有限集模型预测控制(FCS-MPC)权重因子整定困难,中点电位控制效果不佳的问题,提出一种基于冗余矢量的中点电位平衡模型预测控制,利用冗余小矢量的特性实现对中点电位平衡的控制,避免了权重因子的选择。在此基础上,利用代价函数计算矢量的作用时间并预测输出最优开关序列,提升系统的稳态性能。最后,通过实验测试验证了所提策略的有效性。

交错并联双向Buck/Boost集成LLC谐振型三端口直流变换器

将交错并联双向Buck/Boost电路与全桥LLC谐振电路通过共用全桥开关单元集成在一起,提出了一种新型的三端口直流变换器,实现了器件共享,降低了体积和成本。该三端口变换器包括两个双向端口和一个隔离的单向输出端口,通过PWM+PFM的混合调制策略,可实现端口间功率流的灵活控制。与传统的移相全桥集成型三端口直流变换器相比,提出的变换器输入电流纹波小,可在宽电压和功率范围内实现一次侧开关管的零电压软开关(ZVS)和二次侧整流二极管的零电流软开关(ZCS)关断,开关损耗小,而且不存在占空比丢失、变压器直流偏磁等问题。研究了该三端口变换器的工作原理、工作模式和端口功率传输模式,并对其增益、软开关等特性进行了深入分析,最后搭建了一台500W的实验样机,实验结果验证了变换器的实用性和理论分析的正确性。

适用于多端口模块化多电平交直流变换器的分段变步长模型预测控制策略

传统模型预测控制存在计算量大及权重因子整定困难等问题,并且对于多端口模块化多电平交直流混合变换器(multi-port modular multilevel AC/DC hybrid converter, MP-M2ADHC)适用性不足。首先利用桥臂内电势等效原理分析了MP-M2ADHC的交直流耦合特性及内部功率平衡约束,并提出了分段变步长模型预测控制(piecewise variable step-size model predictive control, PVS-MPC)策略。通过多个寻优环节,在不同时间尺度下寻求最佳开关状态使得系统预测值与期望值的误差最小,实现了对多个控制目标单独控制。为满足预测模型精确离散化需求,进一步提出采用改进欧拉法对系统反馈值进行优化与校正,从而显著提高预测精度。最后,通过对变换器不同模式下功率双向传输的时域仿真,从输出电流跟踪、环流抑制及谐波含量等方面与传统模型预测控制进行对比,验证了所提控制策略与优化校正策略的可行性和有效性。

一种隔离型三端口双向LCLC多谐振直流变换器

提出一种隔离型多谐振双向三端口直流变换器。LCLC多谐振结构具有三个谐振频率,通过参数设计令三个谐振频率分别为基频和三倍频的串联谐振频率以及二倍频的并联谐振频率。由于多谐振腔具有基频和三倍频两个串联谐振频率,因此可以对变换器中的基频和三倍频能量进行传递,提高能量传递效率。谐振腔电流为基频和三倍频电流的叠加,有效地降低了谐振腔电流峰值。此外,变换器采用移相控制方法实现三个端口间功率的灵活控制,并且通过调节不同负载情况下的驱动频率,保证了全负载范围内三个端口所有开关管的零电压软开关(ZVS)特性,有效地抑制了变换器的开关损耗,保证全负载范围内的高效率。同时,变压器的漏感作为谐振电感的一部分,削弱了变压器寄生参数对电路特性的影响。最后,设计一台1.5k W实验样机,其正向和反向的最高效率分别为96.7%和96.9%,功率在0.5k W以上时双向效率均高于95.5%,证明了变换器在全负载范围内的高效率特性。实验结果验证了理论分析的正确性与可行性。

基于三端口双向DC/DC变换器的高增益组合式交直流变换器

储能系统是保证新能源供电系统、微网及大电网安全、稳定、可靠运行的关键。为了应对储能电池电压低对双向交直流变换器电压增益和效率等带来的挑战,提出了一种基于高增益比三端口双向DC/DC变换器的组合式双向交直流变换器。基于交流侧电压周期性波动的特点,利用三端口双向DC/DC变换器同时提供高压母线端口和低压母线端口,使得部分功率仅需经过低电压增益直流变换环节处理,为高增益高效率双向交直流变换提供了有利条件。详细分析了双向组合式交直流变换器的系统架构和工作原理,给出了前后级变换器的调制和控制策略,并分析了组合式交直流变换器的功率传输特性。最后,通过实验结果验证了理论分析的正确性和所提方法的有效性。

一种非隔离双向三端口升降压变换器

提出一种非隔离双向三端口升降压变换器拓扑及其功率控制策略。该变换器由3个双向Buck/Boost开关单元不通过直流母线电容级联组合而成;相对于传统多个变换器通过公共直流母线连接的解决方案,该变换器完全消除了中间母线电容,可减小变换器体积、重量和成本,提高系统可靠性,且任意两个端口之间均为单级升降压变换,大大提高了变换器的变换效率和功率密度。详细分析变换器的工作原理,给出相应的脉宽调制(pulse width modulation,PWM)和功率控制策略,最后通过实验验证理论分析的正确性。

一种面向舰船综合电力系统的模块化三端口直流变换器

中压直流舰船综合电力系统(IPS)在全电舰船中具有广阔的应用前景,随着舰船综合电力系统容量和电压等级的提高,越来越多的储能单元应用于舰船综合电力系统,传统的能量单向流动两端口直流变换器已经不能适应新的应用需求。针对此问题,该文提出一种面向未来舰船综合电力系统的模块化三端口直流变换器。该三端口变换器可以连接中压直流电网、低压直流电网和分布式储能单元,每个端口均可实现能量双向流动。分析该模块化三端口直流变换器的拓扑结构、工作原理,梳理该三端口变换器在不同工况下的能量流动模式,结合变换器的能量流动模式,建立该变换器自适应控制策略。该文在一台额定功率为20kW的模块化三端口直流变换器样机上,对所提的原理分析和控制策略进行了实验验证。

用于超级电容储能系统的三电平双向直流变换器及其控制

传统两电平DC-DC变换器开关器件承受电压应力高,输出电流纹波大。本文采用一种三电平双向直流变换器控制超级电容的能量流动,有效提高了超级电容充放电效率和输入电压等级。分析了三电平双向直流变换器的工作原理及其控制策略,在Matlab/Simulink平台上搭建仿真模型,验证了三电平双向直流变换器拓扑的优点,并实现了对直流网压、飞跨电容电压以及超级电容充放电电流的控制;样机实验表明了该变换器及其控制的合理性和有效性。

双串联谐振双向三端口DC/DC变换器选频解耦控制研究

针对双串联谐振双向三端口DC/DC变换器,提出一种可抑制寄生漏感影响的选频解耦控制方案。通过分析输出绕组漏感对两输入端口耦合关系的影响,选择特定开关频率和谐振频率比值,抑制两输入端口之间的功率耦合关系,实现对多输入端口功率解耦控制的目的。分析解耦系统的稳态工作模式,确定变换器不同工作模式下各端口功率特性,并采用移相控制策略实现恒压输出及各端口功率的自动平衡调节。仿真和实验结果验证了上述理论的正确性和控制方案的可行性。

单Buck/Boost集成三端口双向DC/DC变换器研究

将双向Buck/Boost电路与DAB集成在一起构成三端口双向DC/DC变换器,Buck/Boost电路和DAB在原边共用功率开关管。DAB的移相角控制变压器两侧的能量双向流动,从而控制输出侧电压,而双向Buck/Boost电路的占空比用来控制前级母线电压,该端口可接入光伏等新能源,前级全桥单元采用交错并联PWM方式可自动实现变压器原边伏秒平衡。该文分析系统稳态特性及软开关特性,在前级母线电压宽范围幅值变化的情况下,所有的功率开关可在宽范围内实现软开关,最后通过实验样机进行方案验证。

三端口隔离双向DC-DC变换器模型预测控制技术

为提高直流微电网中三端口隔离双向DC-DC变换器的动态性能,针对三有源桥(TAB)DC-DC变换器,该文提出一种模型预测控制(MPC)策略。考虑TAB变换器各端口的控制目标,基于移相控制和平均值模型建立TAB变换器离散化预测模型,通过MPC问题最优求解设计预测控制器,以实现端口间的解耦控制效果。进一步分析系统参数偏差对MPC策略控制效果的影响,设计抑制稳态误差的TAB变换器MPC控制方案。基于TMS320F28335+FPGA_XC6SLX16的双处理器控制内核搭建TAB样机,实验结果验证了该文所提方法的有效性,且具有更快的动态特性及端口功率解耦运行能力。

基于倍频采样的两相交错并联三电平双向直流变换器功率均衡解耦控制策略

该文提出一种两相交错并联三电平双向DC-DC变换器功率均衡解耦控制策略,并有效地减少了电流传感器的使用。通过对变换器拓扑工作原理的分析,得出两相交错三电平拓扑的等效两电平分析方法。在此基础上,提出基于总电流分时倍频采样功率均衡解耦控制策略,使变换器的电压调节与相间电流均衡控制实现了完全解耦。此外,将常规均衡控制所需的四路电流采样,减少为两路,达到了简化控制结构的目的。建立基于等效拓扑下的小信号模型,利用该模型对所提方案进行理论验证,并给出控制器参数的具体设计方案。最后通过小功率物理仿真实验对所提控制策略进行了有效验证。

面向直流储能系统的飞跨电容三电平双向升降压变换器及其模型预测控制策略

光伏系统中直流母线电压受光伏发电端及负载影响变化范围较大,传统储能直流变换器难以适应储能侧及母线侧双端宽电压范围运行。该文提出一种适用于储能系统的飞跨电容三电平双向升降压变换器,该变换器具有对称的拓扑结构,能量向任意方向传递时,均可实现升、降压功率变换,从而解决储能系统在宽母线电压工况下的应用问题。此外,该文提出基于所提变换器的模型预测控制(MPC)策略,该策略通过建立电感电流的预测模型,引入电感电流和输出电压的双闭环控制,实现稳定输出电压的控制目标。同时,建立飞跨电容的独立预测电压闭环,在保证输出稳压的基础上,实现对双侧飞跨电容电压的独立控制。最后,通过搭建小功率实验平台验证了所提变换器及其控制策略的有效性。

基于Sigma-Delta AD采样的双向有源桥变换器中变压器的直流偏置抑制

双有源桥(DAB)变换器兼具高效和高功率密度,且其能量可双向流动,从而得到广泛应用。DAB变换器易因电路参数、驱动信号不对称等因素造成磁不平衡,进而影响电路正常稳定工作。因此,设计了一种变压器绕组的直流偏置电流检测控制策略。该策略通过采样电阻和delta-sigma(Δ-Σ)调制将电流转换为1位数据流,采样电阻放置在H桥直流端,可分别获得绕组正半周和负半周中电流平均值,相减可得绕组电流直流分量。同时,设计了一种DAB的直流电流抑制方法,通过设计控制器以实现微调任一桥臂的占空比来调节H桥输出电压的直流分量。最后,通过Matlab仿真验证了直流偏置电流检测与控制策略的有效性。

一种双向部分隔离型四端口DC-DC变换器的研究

为减少家庭直流微电网中变换器的数量,提出了一种双向部分隔离型四端口直流变换器及其控制策略。变换器原边采用两个双向Buck-Boost电路与全桥变换器的桥壁开关管复用,构成两输入的双向交错Buck-Boost电路,副边采用半桥整流电路与同步Buck电路结合,形成高、低压两输出端口,并采用控制器变量竞争的方式实现变换器控制策略的切换。该四端口变换器(four-port converter,FPC)可以同时满足多电压等级的输入/输出,且功率能够双向流动,对比其他FPC,具有较高的功率密度和拓扑结构对称等优点。最后,在Simulink软件中搭建了仿真模型,并进行详细的试验分析。结果验证了理论分析的正确性以及控制策略的有效性。