双向MMC型DC-DC变换器的控制策略研究

双向MMC型DC-DC变换器由于其具有电气隔离、灵活控制直流功率、适用于高压大功率场合等诸多优势,目前得到了广泛的关注。本文提出了一种适用于双向MMC型DC-DC变换器的控制策略,该控制策略系统级采用定交直流电压控制,实现对变换器有功和无功功率的控制;阀组控制采用先生成触发脉冲,然后排序均压的控制方式,实现变换器桥臂能量的均衡。MATLAB/Simulink仿真表明在所提控制策略下,变换器可以获得稳定的直流输出电压,子模块电容电压实现了较好的均衡,同时各个子模块的开关频率也实现了一致,结果比较理想。

一种全功率范围零电压开通的电流型双向隔离DC-DC变换器

针对传统电流型双向变换器存在的低压侧开关高电压尖峰和硬开关现象,提出一种可在全功率范围内实现实际零电压开通(ZVS)的电流型双向隔离DC-DC变换器。该变换器的一次侧Boost半桥能有效抑制开关管的高电压尖峰;二次侧为两个有源半桥并联,通过调整二次侧桥内移相角可改变实现ZVS的反向电流的大小。该变换器通过采用混合移相+脉宽调制(PWM)控制,可使所有开关管在全功率范围内实现实际ZVS。首先,介绍变换器的工作原理;然后,详细分析变换器的功率传输特性和软开关特性;最后,搭建一台30~60V输入、400V/2.5A的实验样机,验证了所提变换器及其控制策略的优势。

电流型双有源桥式双向DC-DC变换器的建模与解耦控制

对于电流型双有源桥式双向DC-DC变换器,分析了其工作原理与稳态特性。通过列出变换器半周期内的状态方程,对变换器进行小信号建模并推导出系统传递函数。由于系统在进行闭环控制时移相角与占空比之间的相互耦合会降低系统动态性能,因此需要采用解耦控制来解除二者之间的相互耦合,进而提出了一种稳态解耦控制策略。一方面通过建立相对增益矩阵来分析控制量与被控制量间的匹配关系来设计控制器,另一方面基于系统稳态过程增益矩阵得到系统稳态解耦矩阵,2个回路的相互影响通过加入系统稳态解耦矩阵而大大降低。最后通过仿真与实验对所提控制策略的有效性和合理性进行了验证。

一种电流型高增益双向DC-DC变换器

高增益双向DC-DC变换器作为连接低压储能单元和中压直流母线的纽带,在分布式发电系统中起着重要作用。为了减小变换器低压侧的电流纹波,进一步提高变换器增益,该文提出一种电流型高增益双向DC-DC变换器。该变换器在低压侧全桥电路的两个桥臂中点连接两个Boost输入电感,两个Boost电感交错工作,可显著减小低压侧电流纹波并提高电压增益。并且该变换器在低压侧加入了LLC谐振网络,控制开关频率小于LLC的谐振频率,在提高电压增益的同时,可实现低压侧所有开关管的零电压开通(ZVS)。变换器高压侧为两开关倍压整流电路,利用变压器漏感Lk和谐振电容Ck谐振,可实现高压侧开关管的零电压开通(ZVS)和零电流关断(ZCS),减小了开关管导通损耗,提高了变换器效率并进一步增大了变换器增益。搭建600W基于脉冲宽度调制(PWM)+脉冲频率调制(PFM)控制的电流型高增益双向DC-DC变换器实验样机,通过对样机进行正向和反向工作实验,验证了变换器的可行性与实用性。

双PWM控制下三电平半桥隔离型双向DC-DC变换器的全局最小峰值电流研究

针对三电平半桥隔离型双向DC-DC变换器,提出了一种双PWM与移相结合控制(DPWMPS)的方法。通过对该控制工作原理进行分析,并以变压器两侧电压的相对位置为依据,归纳出系统运行的12种工作模式,并推导出每一种工作模式下的功率传输特性。在此基础上,该文提出一种电感最小峰值电流控制方法,能在电压配比m≤1的情况下实现稳态电感峰值电流全局最优。最后搭建实验平台,通过实验结果证明了该算法的正确性和有效性。

双向CLLLC型DC-DC变换器变频控制方法分析

随着环保理念的深化,在现如今的电网分布模式中引进可再生能源的理念,可以确保电网高效运行,提高能源利用率,将有限的资源优势发挥到最大,推动现代电网朝着高水平的方向迈进,实现智能和清洁的转型。基于此电子变压器受到业界关注,其中DC-DC变换级的优越性逐渐显现出来,在实际使用中,可以实现不同电压等级的完美衔接,在分布式电源中应用较为广泛,可以最大限度促使能源利用率提升。

隔离型DC-DC变换器

本文介绍了一种基于MMC的隔离型大功率DC-DC变换器,具有功率损耗小,抗干扰能力强的特点对其较为关键的子模块控制器的模块构成、工作原理做以详细说明。最后搭建实验平台,进行了变换器实验,实现了直流变换。

适用于直流微电网的开关电容接入式双主动移相变换器

提出了一种适用于直流微电网的开关电容接入式双主动移相变换器的拓扑结构,当变换器的高低压侧直流电压之比与高频变压器的物理变比不匹配时,通过增加高压侧全桥的直通状态,可以实现高频链环节的电压匹配,具有简单且易实现的优点。另外,当发生直流侧的短路故障时,可以实现直流开关功能,快速切除故障并且在故障消失后可以快速恢复运行,提高了系统的可靠性。对所提拓扑结构的电压电流特性、换流行为和控制策略进行了分析,在此基础上,分别通过仿真分析和实际样机的物理试验验证了所提拓扑的正确性和实用性。

基于模块化多电平换流器的多端口交直流变换器仿真研究

模块化多电平换流器是一种高模块化的、高集成度的电力电子换流拓扑结构,具有一个交流端口和多个直流子模块端口,通过适当的改造能够应用于直流源荷(如电动汽车、交直流微网、退役储能电池等)的大规模集群接入电网。电动汽车、交直流微网以及其他直流源荷与模块化多电平换流器直接连接会影响模块化多电平换流器的安全运行,增加控制难度,为此引入隔离型双向DC-DC变换器(IBDC)作为模块化多电平换流器的子模块和直流源荷之间的隔离环节,形成基于模块化多电平换流器的多端口交直流变换器(MMC-IBDC)。本文在分析MMC-IBDC工作机理的基础上,针对大规模直流源荷接入电网提出了三层控制策略并设计了相应的控制器,根据不同的应用场景考虑了两种工况进行仿真分析,PSCAD/EMTDC中的结果验证了MMC-IBDC拓扑结构的合理性及其控制策略的有效性。

单向MMC型DC-DC变换器的控制策略

直流电网是解决新能源发电并网稳定性问题的研究热点。DC-DC变换器是连接不同电压等级直流电网的关键器件。MMC型DC-DC变换器采用模块化的拓扑结构,因而适用于高压大功率场合,其中单向MMC型DC-DC变换器适用于功率传输方向一定的电压变换场合,造价低、控制方式简单。但是目前对该拓扑的研究还比较少,相应的控制策略仍主要沿用MMC传统电平逼近的控制策略,国内目前也尚未有实际的示范工程,因此还需对该拓扑进行更深入的研究,提出适用于该拓扑的控制策略,为实际的示范工程提供一定的参考。该文提出了一种新型的适用于单向M M C型DC-DC变换器的控制策略,该控制策略将传统的电压追踪转变为电流追踪,在每个周期开始时刻计算出子模块的开通个数,通过控制子模块的开通和关断,使输出电流跟随参考电流变化。最后搭建了单向MMC型DC-DC变换器的仿真模型,仿真结果表明该控制策略可以很好地实现电压变换,输入侧电流波动小,是一种有效的控制策略。

一种中压直流短路故障下不间断运行的MMC-SST拓扑及控制

多端口固态变压器是多电压形态多电压等级的交直流混合电网的核心设备,模块化多电平(modular multilevel converter,MMC)型固态变压器(solid state transformer,SST)具有中压直流端口,可接入中压直流配电网,构成多区域交流配电网的柔性互联,提升区域网络间功率灵活调节能力。而采用传统的MMC-SST拓扑及控制,中压直流线路短路故障会引起低压端口供电中断。文中提出一种混合型MMC-SST的拓扑及控制,其具备中压交流、中压直流和低压交直流端口,通过控制使其具有中压直流短路故障耐受能力,同时故障期间保持中压交流和低压端口的不间断功率交互,从而提升低压用户供电可靠性。分析MMC-SST在正常运行和中压直流故障不间断运行控制下内部能量平衡机理,提出中压直流短路故障下电容电压平衡及不间断运行控制策略,实现MMC-SST中压直流短路故障时不间断稳定运行。通过理论分析,仿真与物理动模实验,验证了所提拓扑及控制的可行性及有效性。

基于差额功率转换的锂电池储能系统建模与可靠性分析

相较电池储能系统的传统全功率直流转换方案,差额功率转换拓扑构架可以降低功率变换器设计容量、成本及运行损耗,提升锂电池能量存储性能。现有文献对差额功率储能系统容量优化设计、数学模型、可靠性对比及电池充放电特性的深入研究较少。为此,文章通过量化分析锂电池电压范围实现差额功率变换器容量优化设计,建立稳态电路模型及频域模型分析系统可控性、动态特性及稳定性。在此基础上,建立可靠性模型,对比不同储能系统平均失效时间,评价可靠性差异。仿真结果表明,差额功率储能方案可靠性高于传统全功率直流转换储能方案。最终,研制基于全桥移相双向DC-DC变换器的24V差额功率储能系统样机,通过10A恒流充放电实验,验证差额功率储能系统动态特性及充放电运行稳定性。