内燃-直线发电集成动力系统双向DC/DC功率变换器优化设计

设计了一种用于新型的内燃-直线发电集成动力系统(ICLGIPS)的双向DC/DC功率变换器(BDPC),实现动力源(超级电容器组)和直线电机之间能量在两个方向的变换和传递。ICLGIPS具有两个方向功率流的不平衡特性,通过计算分析,对传统BDPC拓扑结构进行了优化设计,并与串并联实时切换的超级电容器组结合使用。该优化设计的主要特点是,当BDPC运行于大功率的降压模态,向超级电容器组回馈能量时,屏蔽掉滤波电感,利用大容量的超级电容器组对输入的PWM电压波进行滤波,对输出量实现了平滑控制,使BDPC具有更高的可靠性。该优化设计有效地减小了功率变换器的体积和成本,提高了功率变换的效率,具有比较好的理论价值和应用前景。

基于MPC的耦合电感飞跨电容双向DC/DC变换器功率均衡解耦控制策略

耦合电感功率变换器因耦合电感阻抗、电感值等参数差异易导致功率不均衡。针对耦合电感飞跨电容双向DC/DC变换器,提出一种基于模型预测控制(MPC)的功率均衡解耦控制策略。通过对变换器原理进行分析,建立基于电感电流解耦的数学模型,得到包括电感电流和飞跨电容电压等6个控制变量的解耦控制方法。在此基础上,提出基于MPC的功率均衡解耦控制策略。同时,为降低MPC算法的运算负荷,根据解耦控制模型重构模型预测价值函数,实现各控制变量独立动态寻优,使系统能在稳定控制输出电压及飞跨电容电压的同时,实现两相耦合电感的功率均衡控制。最后,通过理论分析及实验对所提策略进行有效验证。

固态变压器中隔离双向DC/DC变换器扩展移相下虚拟电流控制策略

该文以固态变压器后级隔离双向DC/DC变换器为重点研究对象,提出一种扩展移相下虚拟电流控制策略。通过分析后级变换器在扩展移相传输功率下相移量关系以获得最小电流应力最优解来提高变换器的传输效率,减少器件损耗。同时通过虚拟电流控制思想在线估算传输功率来提高系统动态响应性能,减少电流传感器使用。最后,对该文所提出的扩展移相下虚拟电流控制与扩展移相控制进行实验对比分析,验证了扩展移相下虚拟电流控制策略具有降低电流应力,显著提高变换器的动态响应的优点。

基于部分功率调节的高调压速率DC/DC变换器

应用于5G基站的通信电源可在设备待机时降低输出电压来减少能耗,然而输出电压的频繁快速调节给变换器带来挑战。针对这一问题,采用部分功率调节的思想,在变换器输出端构造部分电压调节电路,对电压调节电路采用电压外环电流内环、负载电流前馈以及输出电压前馈控制,使变换器获得电压快速调节的能力且保持较高的能量转换效率。搭建1kW实验样机,验证了所选拓扑以及控制策略的有效性。

永磁同步电机双向DC/DC变换器混合储能设计

为了提高永磁同步电机的发电效率,设计一种永磁同步电机双向DC/DC变换器混合储能方案,并开展性能仿真分析。利用双向DC/DC变换器连接储能部件与负载母线,该变换器的控制性能对系统整体动/静态性能存在明显影响。研究结果表明:在Buck模式下仿真测试得到,双向DC/DC变换器高压侧电流逐渐升高,产生了持续上升的最高输出功率。双向DC/DC变换器与Buck电路达到了合理的参数,能够达到混合储能系统要求达到的稳定性与快速性控制标准。本设计的双向DC/DC变换器主电路与Boost电路各项参数处于较优的状态,能够实现对混合储能系统进行稳定高效控制的目标。电感与电容值满足系统运行要求,可以实现双向DC/DC变换器的快速响应,能够快速控制电流值,并获得稳定的电压参数,能够满足优异的动态调控性能。

隔离式双向全桥DC-DC变换器的功率控制特性比较与分析

针对非谐振和谐振式带隔离的双向全桥DC-DC变换器的不同特点,推导了这两种DC-DC变换器功率传输的统一表达式,该功率表达式可以统一描述这两种不同拓扑的功率传输特性。针对隔离式双向全桥DC-DC变换器的开关器件在高频工况下的强迫开通/关断方式,带来较大的开关损耗,造成变换器效率下降的问题,本文以一种带隔离的LC谐振式DC-DC变换器为研究对象,提出了一种移相控制的DC-DC变换器控制策略,在该策略下,DC-DC变换器的功率器件能够实现零电压开通,并且通过谐振减小了功率器件的关断损耗,从而提高了系统的效率。仿真和实验结果验证了文中所提出控制策略的有效性。

双向全桥串联谐振DC/DC变换器回流功率特性优化

双向全桥串联谐振DC/DC变换器(dual bridge series resonant DC/DC converter,DBSRC)具有控制简单、损耗低等优点,在电力电子牵引变压器场合具有应用前景。然而若系统参数选择不当,会产生较大回流功率,使开关管的损耗增大,系统效率降低。为了降低系统运行时的回流功率,该文分析DBSRC的工作原理及换流过程,利用微分方程得到系统模型,进而总结DBSRC的3种稳态工作模式及回流功率在不同工作模式的表达式。通过优化电压增益(M)、开关频率谐振频率比(F)、谐振回路的特性阻抗(Zr)参数,达到在宽负载范围内降低系统回流功率的目的。最后,构建一个35 kW实验样机,实验结果证明了DBSRC模型的正确性及回流功率特性优化和有效性。

基于输入电压前馈的双向有源桥DC-DC变换器虚拟功率控制方法

针对电力电子变压器前级单相脉冲整流器直流侧电压含有二倍电网频率脉动的现象,该文以电力电子变压器中的双向有源桥式DC—DC变换器为研究对象,研究在输入电压脉动情况下变换器输入与输出之间的关系。首先通过变换器的小信号模型,分别针对输出电压开环和闭环控制情况,揭示输入电压脉动情况下输入与输出电压之间的定量关系。为了抑制输出电压脉动,提出一种基于的输入电压前馈的虚拟功率控制方法,并且选取虚拟功率控制方法和输入电压前馈的PI闭环控制与之对比。在基于TMS320F28335控制器的实物实验平台上,对理论分析和抑制算法进行实验验证。实验结果表明:在输入电压脉动情况下,输入与输出电压之间的定量关系描述正确,并且传统电压闭环对输出脉动的影响很小,与虚拟功率控制方法和输入电压前馈的PI闭环控制相比,所提出的输入电压前馈的虚拟功率控制方法能更加有效地抑制输出电压脉动,并且在输入电压突变和负载突变时也具有最优的动态性能。

双向DC/DC变换器在混合动力汽车中的应用

随着用户对混合动力汽车的动力性能和油耗追求越来越高,搭载双向直流转直流(DC/DC)变换器成为满足用户要求的可能方向之一。文章针对双向DC/DC变换器在混合动力汽车中的应用,分别分析了本田动力控制单元(PCU)系统、不同的拓扑结构选型、双路交错拓扑收益等,并分析双向DC/DC变换器在混动系统中可能遇到技术难点,为混合动力汽车采用双向DC/DC变换器选择提供意见。

基于标准特征多项式的变电站光储直柔系统双向AC/DC变换器控制策略

为增强变电站光储直柔系统的可靠性,针对其在并网过程中会对变电站电能质量造成不良影响,以及现有设计方法难于工程化问题提出了一种面向工程化的基于标准特征多项式配置方法(SCP)的双向AC/DC变换器控制策略。通过建立变电站光储直柔(PEDF)系统变换器的数学模型,并分析控制器参数对变换器在不同运行模式下的电能质量的影响,然后采用SCP方法来配置闭环系统特征值,分析该方法对抑制并网电流谐波、改善AC/DC变换器并网电能质量的作用,最后对此进行仿真分析并和传统PI控制器效果进行比较,结果表明:所提策略降低了AC/DC变换器在谐波畸变率和并网电流不对称度,系统设计简便,且具有很好地鲁棒性,适合工程实践。

应用于电动汽车动力系统的大功率双向DC／DC变换器

本文介绍了一种应用于电动汽车动力系统的大功率双向DC/DC变换器,该变换器中应用了一种特殊的数字控制策略,它可以令能量在不同方向之间进行平滑的切换,并促使变换器实现自身的能量管理。作为一个实例,该变换器的优点在燃料电池汽车的研究中得以体现,下文中将具体给出该变换器的使用数据和测试结果。目前适用于24kW和70kW功率等级的双向DC/DC变换器的两种拓扑结构已经被设计出来,并得到了认可。这两种变换器具有全数字控制的过压、过流和过温保护,变换器中冷却液的温度最高可达85℃,而变换器的损耗却很低,同时功率密度可高达5W/cm3。变换器的特性参数和在燃料电池汽车中应用时的测试结果,将在下面予以介绍。

低温低气压环境用双向大功率DC变换器研究

针对空间再生燃料电池能源系统的用电和环境要求,对其关键部件大功率双向DC变换器进行了研究。为保证苛刻环境下DC变换器可靠工作,对变换器结构、功率器件进行了热分析、热模拟,并在模拟空间环境中进行了验证。根据系统工作特点,进行水电一体化功率结构设计,优化电路拓扑,以满足空间对质量、体积和效率的高要求。最后对60 k W双向DC变换器样机进行了测试,测试表明该变换器满足设计要求。

动力电池检测用双向DC/DC变换器设计

针对传统动力电池化成分容设备中电源模块体积大、输出功率小、稳态精度低、可靠性差等问题,设计了一款高精度、大功率双向DC/DC变换器。该变换器以同步整流双向Buck/Boost电路为核心电路,采用多模块并联拓扑结构,减小系统体积的同时提高了整机效率。基于DSP数字控制技术,实现各通道电流独立闭环控制输出,并机状态下可实现稳压输出以及电流自主比例分配,无需额外均流电路调节控制。实验结果表明:采用多模块并联型设计的双向DC/DC变换器效率高,充放电电流调整范围大,可在0~±180A内变化稳定输出,且精度可达0.005%F.S以内,满足大功率动力电池化成分容设备的技术要求,在动力电池检测行业具有较高的实用价值。

基于双向DC/DC变换器的超级电容控制策略研究

本研究采用双向DC/DC变换器控制超级电容充放电,在分析超级电容、双向DC/DC变换器的数学模型基础上,提出了充放电控制策略。为验证该策略,搭建了仿真模型。仿真结果表明:该控制策略能够控制超级电容直流母线电压,维持母线电压恒定。

V2G车网互联的双向AC/DC变换器直流阻抗模型及特性分析

双向AC/DC变换器的控制及直流输出阻抗是电动汽车充电桩并网运行及稳定性分析的关键。首先,提出含直流下垂环节的虚拟同步电机(VSM)控制策略,并利用上层功率指令实现双向AC/DC变换器直流电压的无差调节。然后,建立VSM功率控制环小信号模型,分析有功功率传输、有功功率指令与直流电压间的交互作用及影响。接着,建立双向AC/DC变换器在直流下垂VSM控制策略下的直流输出阻抗模型,详细分析阻尼系数、惯性系数、直流侧电容、传输功率、直流下垂系数等关键参数对直流输出阻抗的影响。最后,通过仿真及阻抗测量验证了所提直流下垂VSM控制策略的有效性和阻抗模型的正确性。

新能源汽车双向DC/DC变换器研究

随着新能源汽车产业的快速发展,车载双向DC/DC变换器作为关键能量管理装置,备受关注。该文介绍双向DC/DC变换器在新能源汽车中的工作原理,指出新能源汽车双向DC/DC变换器存在的问题,包括效率低下与功率密度不足、控制策略单一、动态性能差,并针对这些问题提出优化策略,以促进新能源汽车双向DC/DC变换器技术的发展和产业化应用。

一种高功率因数的双向AC/DC变换器

为节约电能，变频调速越来越多地应用到油田采油装备的转速调节系统中。然而就目前使用最多的游梁式抽油机而言，其变频调速系统存在一些弊端，传统的耗能制动造成电能的浪费，简单的二极管整流给电网造成严重的谐波污染。将一种具有双向能量变换功能高功率因数ＡＣ／ＤＣ变换器，应用于现有的交一直一交变频器的整流环节并进行计算机仿真，仿真结果表明，若将此种双向ＡＣ／ＤＣ变换器应用于油田采油装备的变频调速系统中，不仅可以最大限度地节约电能，而且可降低电网的谐波污染，提高电网的功率因数。

交直流微电网AC/DC双向功率变换器控制策略

为了实现交直流混合微电网的可靠并网,基于微电网中AC/DC双向功率变换器下垂控制策略和预同步工作原理,提出一种适用于混合微电网中连接交直流子网的AC/DC双向功率变换器的控制策略。孤岛/并网模式时采用双向下垂控制实现双向功率流动。在由孤岛模式转为并网模式时,利用消除dq轴电压偏差实现幅值与相位同步,无需通过锁相环获取相位信息,实现平滑并网。同时,针对微电网中由于不平衡负载导致的三相不平衡工况,采用正负序分别控制的方法实现了非理想工况下微电网的同步互联。仿真结果验证了该方案的可行性。

大功率双向DC/DC变换器电源健康管理系统设计

针对电动汽车电源输出关键部件大功率双向DC/DC变换器中超级电容和锂电池之间的电压平衡问题,当两者间的电平相等时则可以并联输出功率。提出电源健康管理系统的设计方案,系统包括电源状态监测、故障和寿命预测,在提高设备的安全性和维修保障效率等方面具有重要作用。健康管理系统选择输入输出两端的电压和电流、电解电容温度、电感温度、IGBT外壳温度、散热器温度、环境温度等作为参数,监测变换器当前状态,并采用FMEA(故障模式与影响分析)的方法分析了变换器各关键元器件的失效率,通过基于趋势拟合法的信息融合处理后可预测变换器可能发生的故障,并按严重级别排序,效果良好。

双向DC/DC变换器ISOP系统功率均分策略研究

以双有源全桥(DAB)DC/DC变换器为模块的输入串联输出并联型直流变压器(DCSST)相比于普通DC/DC变换器非常适用于直流电网互联或高压输电线路取能电源等高压大容量应用场合。针对输入串联输出并联(ISOP)组合变换器功率分配不均的问题,给出了基于双闭环控制的ISOP变换器均压方案,建立了ISOP组合变换器输入电压均压(IVS)和输出电流均流(OCS)之间的关系,并针对双闭环控制策略的解耦进行推导。最后通过Matlab搭建了以双有源全桥DC/DC变换器为基本模块的三模块ISOP仿真模型。仿真结果表明,基于双闭环控制的ISOP变换器原理正确,有效解决了ISOP变换器功率分配不均问题,并且能适用于高电压输入大电流输出的应用场合,具有一定的实用价值。