一种用于新能源混合发电的移相控制三端口DC-DC变流器

结合新能源混合发电要求,介绍一种三端口电气隔离、软开关运行和低输入电流纹波的三端口多向DC-DC变流器。首先通过对三绕组高频变压器的T/Δ等效变换,对5种工作模态下的功率和变压器电流有效值进行近似统一,得出全运行范围下的通用表达式,简化了分析和降低了设计复杂度;然后对开关管的软开关运行条件进行分析,证明该拓扑具有良好的软开关特性;最后设计了一台2.5 k W的实验样机,对此变流器在宽电压输入范围条件下的工作模态和软开关特性进行实验验证,证明了理论分析的正确性。

磁集成双Buck/Boost-LLC三端口DC-DC变换器

针对多端口变换器一直追求高效率和高功率密度的问题,提出一种磁集成双Buck/Boost-LLC三端口DC-DC变换器。研究全桥LLC谐振变换器的基础上,在一次侧谐振腔两端引入两磁性电感元件,通过逆变桥开关管的复用集成了一个交错并联双向Buck/Boost变换器,减少了功率器件数量;同时,采用磁集成技术将两个交错并联Buck/Boost电感反向耦合集成,实现两相电路均流,并与LLC的谐振电感解耦集成,提高了功率密度。变换器在全负载范围内可实现软开关特性。通过脉冲宽度调制(PWM)和脉冲频率调制(PFM)进行控制,分析该变换器端口间不同功率流动下的工作原理、工作模态、直流增益特性,并对集成磁件进行设计,测得集成磁件体积较全分立磁件减小了38.66%。最后搭建一台300 W的实验样机系统,验证理论的正确性。

基于LCL谐振型双有源桥的三端口DC-DC变换器及其解耦控制

为了降低集成式三端口DC-DC变换器多功率路径的控制环路间的耦合程度、优化动态性能,将双Buck/Boost与LCL谐振型双有源桥通过共用原边全桥开关单元集成到一起,提出新型三端口DC-DC变换器及其解耦控制方法.该变换器实现了开关器件的复用,提高了功率密度;采用PWM+双移相控制,可以实现3个端口间传输功率的灵活控制;利用LCL谐振特性实现基波功率因数为1的功率传递.本研究分析该变换器的工作原理、控制方式与谐波特性,并且根据基波分析法提出简单、有效的解耦控制方法,可以有效降低多功率路径间的耦合程度,提高系统动态响应能力;搭建400 W的实验样机,进行控制方式对比试验、典型工作模式切换试验、解耦控制对比试验,验证该变换器的可行性及所提解耦控制策略的解耦效果.

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。

基于麻雀搜索算法的三端口变换器功率协调控制

为研究微电网中的三端口变换器功率协调控制,提出了一种基于麻雀搜索算法的三端口变换器功率协调控制策略。首先,对一种新型的隔离型三端口变换器进行拓扑分析,并推导三端口变换器的等效电路模型和功率传输公式;然后,建立了三端口变换器的小信号模型,设计了基于麻雀搜索算法的功率协调控制策略;随后,通过仿真软件初步验证了麻雀算法相较于传统PI控制的优势;最后,通过RT-LAB实验平台验证了所提策略的可行性。实验结果表明:三端口变换器在不同运行场景下能稳定、平滑且有效地切换工况,实现功率协调控制。

基于无功优化的三端口双向DC-DC变换器控制策略

针对三端口双向DC-DC变换器(TP BDC)在端口电压不匹配时无功回流大、软开关范围小以及效率低的问题,该文提出一种以最小无功为目标的效率优化控制策略。分析TPBDC各端口的电压电流特性,基于占空比控制和相量分析法建立各端口功率模型。通过构建最小无功优化问题并求解最优控制量,在宽电压范围内减小TP BDC的无功回流。进一步分析TP BDC在优化控制下的软开关特性,提出最优控制量的选取策略。实验结果表明,该文所提优化控制策略使TP BDC在宽电压工况下具有更小的无功回流和更宽的软开关范围,从而显著提升变换器在端口电压不匹配及轻载条件下的传输效率。

双Buck-Boost集成DAB型三端口直流变换器电流应力优化

针对双Buck-Boost集成双有源桥型三端口直流变换器高频链的电流应力优化问题,提出相应的控制方法.为了实现对各个端口电压与功率的调节,高频变压器原边采用占空比控制,原、副边之间采用移相控制.副边2个桥臂之间的内移相角可以作为第3个控制量,以实现优化控制目标;提出在传统控制方法的基础上引入副边桥臂间的内移相控制,实现优化高频链电流应力的效果.建立三端口直流变换器高频链各模式下电流应力优化问题的数学模型,给出电流应力优化的实现条件.搭建500 W的实验样机,对所提的电流应力优化控制方法进行实验验证.结果表明,利用该方法可以有效地降低高频链的电流应力,提升系统效率,负载端口轻载时的效果更加明显.