航空燃料电池用馈流式半桥DC/DC变换器预测优化控制研究

氢燃料电池动力飞机具有红外特征弱和运行噪音小的优点,且可实现长航时远距离飞行,在军事应用领域具有重要意义。为提高燃料电池寿命、解决燃料电池与母线电压不匹配的问题,该文采用馈流式半桥DC/DC变换器作为燃料电池和负载间的功率变换装置。为弥补燃料电池动态响应慢的缺点,设计模型预测控制内环控制器、前馈控制外环控制器。空压机作为燃料电池系统最大的功率消耗部分,其功率变化随母线负载扰动叠加。为解决复杂的负载扰动及燃料电池和变换器模型不精确引起的系统模型失配等问题,设计扩张卡尔曼观测器以实时估计等效负载,同时校正预测模型,提高抗扰能力。最后,通过一个250W的实验样机,对所提出的控制器性能进行验证。

单级隔离升压半桥DC/DC变换器软开关条件研究

为了获得单级隔离型升压半桥DC/DC变换器的软开关工作条件,对其工作原理和换流过程进行分析。通过稳态参数计算、开关管关闭工作模态的等效电路解析以及微分方程运算,指出了其软开关过程本质上是变压器漏感和开关管并联电容准谐振过程,并获得了实现软开关应满足的特征阻抗与变换器稳态参数之间的不等式关系,该不等式可以作为设计该变换器的依据。使用Matlab/Simulink进行了电路仿真,仿真结果表明,使用推导出的条件进行变换器软开关参数设计方便、准确,实用性较强。

单周期控制半桥DC/DC变换器研究

在论述单周期控制技术的基础上,重点讨论了单周期控制半桥DC/DC变换器的设计与实现,并给出了仿真与试验结果。研究结果表明,这类变换器具有控制简便、稳定性高、抗输入电压扰动能力强、变换效率高、工程实现容易、成本低等优点。

基于模糊PID算法的半桥DC／DC控制器的优化设计

针对电压反馈型半桥(VCHB)DC/DC变换器的优化控制问题,提出了一种基于模糊推理理论的新型比例积分微分(PID)控制器。基于模糊PID控制器的工作原理和被控对象变化特征的分析,确定了模糊PID控制器的结构,建立了详细有效的规则库模型,实现了模糊PID参数的在线自整定。通过分析、比较模糊PID控制器与PID控制器对半桥DC/DC变换器控制的软件仿真和硬件电路实验结果,证明了所提新型模糊PID控制器具有改善控制系统的稳定性和自适应性的能力。

基于双向半桥DC-DC的超级电容器储能系统仿真研究

引入了双向半桥DC-DC变换器对超级电容器进行充放电的换流方式:阐述了超级电容器在双向半桥DC-DC变换器工作原理;分析了单端稳压和稳压快速充电两种控制策略,并给出了双闭环控制的原理框图;最后搭建了以直流电机为负载的上述两种控制策略下的仿真系统,通过设定电机运行多种工况,完整地考察了超级电容与位能负载间的多种换流情况。仿真结果验证了该变换电路不仅能够实现馈能的完全吸收,还具有较快速的放电过程动态响应,且电路简单,易于工程实现,满足了位能型负载下超级电容器储能系统的变换要求。

组合级联式兆瓦级功率调节装置协调控制策略

提出了一种新型组合级联式兆瓦级功率转换系统(PCS)的拓扑结构,它由电池组、隔离型半桥DC/DC变换器和级联式H桥DC/AC变换器组合而成。首先对所选用的隔离型半桥DC/DC变换器的基本原理、电压增益和功率传输特性进行了分析。在此基础上,重点研究了2种变换器的协调控制策略:为实现装置的双向功率交换,DC/DC侧采用移相控制,DC/AC侧采用双环控制;为确保直流侧电容电压恒定,DC/DC侧采用占空比控制,DC/AC侧采用全局直流电压控制;为提高装置响应速度和改善直流侧电容电压品质,将电网侧的实时功率指令前馈给DC/DC侧;为改善装置的启动特性,提出了一种软启动控制策略。在PSCAD/EMTDC环境下建立了基于锂电池储能的PCS模型,应用所提出的一整套协调控制策略,对装置的启动过程、正常调节工况、电池组容量和荷电状态不同等工况进行了仿真。结果表明该装置在所提出控制策略下具有较宽的电压匹配能力,电池状态适应能力强,且控制的响应速度较快,能实现大容量储能和双向大功率调节。