双有源全桥双向直流变换器的电路平均法建模

双有源全桥双向直流变换器具有高效率和高功率密度的优点,广泛应用于可再生能源发电系统。研究双有源全桥双向直流变换器的小信号数学模型,采用电路平均法建立了移相角到输出电压的小信号传递函数,并通过SIMPLIS软件验证了所得的传递函数。基于所提模型,给出了PI调节器的设计过程,最后在实验室搭建了一台6 kW的双有源全桥双向直流变换器原理样机,验证了理论分析的正确性。

全移相双有源全桥直流变换器的瞬态电流偏置抑制策略

针对双有源全桥(DAB)直流变换器在功率突变时产生的电流偏置问题,该文提出一种新的瞬态直流偏置抑制策略。首先,以基于全移相调制的双有源全桥直流变换器为研究对象,分析DAB变换器产生直流偏置的原因及危害。然后,在全局电感电流应力最优结果的基础上,对功率在四个工作区域突变时产生的瞬态直流偏置问题进行详细分析,推导各种电流突变情况下的直流偏置表达式,并据此提出一种新的过渡态引入方法,对于不同的功率突变状态可以得到统一的过渡移相角表达式,简化了控制过程。接着,根据所得过渡态结果,提出统一的载波调制方法,并对调制策略的适用性进行分析。最后,通过实验平台验证了所提方法可以有效消除功率突变时产生的电流偏置。

基于双重移相控制的双向全桥DC-DC变换器最小回流功率分段优化控制

双向全桥DC-DC变换器以其重量轻、高功率密度、能量双向流动等优点成为直流微电网中不可或缺的一部分。但双向全桥DC-DC变换器在传统的单重移相控制下存在回流功率和电流应力等问题,尤其当输入电压和输出电压不匹配时,回流功率和电流应力会显著增加。针对输入电压和输出电压不匹配的情况,该文提出了一种双向全桥DC-DC变换器在双重移相下的最小回流功率控制策略。该控制策略通过对回流功率进行分段优化,得到了变换器在不同传输功率范围下的最优移相角。通过将所提控制策略和传统的双重移相控制进行对比分析,发现该文所提控制策略具有更小的回流功率和电流应力,提升了变换器的效率。最后基于所提控制策略搭建了实验样机,实验结果验证了控制策略的正确性和有效性。

双有源全桥变换器无电流传感器鲁棒预测控制

该文以双有源全桥(DAB)DC-DC变换器为主要研究对象,针对传统比例积分控制动态响应慢及采用既有预测控制对量测噪声和参数敏感的缺陷,提出一种基于无电流传感器模型预测控制(CS-MPC)策略。首先构建双有源全桥DC-DC变换器的预测模型,分别针对变换器启动阶段与暂态过程提出基于模型预测控制(MPC)的动态优化策略;然后定量分析DAB变换器对模型参数和采样精度的敏感性,结合卡尔曼滤波算法构建其状态空间模型,在无电流传感器的情况下实现系统的鲁棒预测控制;最后在实验样机上通过实验验证所提方法的有效性。实验结果表明:与传统控制策略相比,所提方法能够实现低电流应力下的快速启动,且动态响应性能明显改善。此外,所提方法无需电流传感器数据,即对测量噪声脱敏;在参数变化下的鲁棒性能较传统预测控制显著提升。

双有源全桥变换器无模型预测控制策略

针对双有源全桥变换器因建模偏差与参数扰动等因素导致的系统控制性能下降问题,提出一种基于超局部的无模型预测控制策略。构建仅包含控制输入、输出和参数扰动项的超局部模型,降低模型参数依赖性;将未知扰动项集总扩张成一个新的状态变量,设计线性扩张状态观测器进行估计并补偿,提升系统鲁棒性;构建离散化预测方程和成本函数,得到最优控制移相比,实现移相控制。实验结果验证了该无模型预测控制方法的有效性。

基于双重移相的双向有源全桥DC-DC变换器优化控制策略

针对双向有源全桥变换器存在回流功率过大、开关器件硬开通损耗以及动态响应速度较差等问题,文中基于双重移相控制提出一种虚拟直接功率的回流功率优化方法。通过对双重移相控制下的工作原理及工作特性进行分析,推导出零电压开关软开关边界,并以软开关为约束条件,利用KKT(Karush-Kuhn-Tucker)条件优化算法得到全功率范围内的回流功率优化方案。该方案与所提虚拟直接功率法相结合并同时作用,当运行状态发生变化后,系统不仅可以有效减小变换器的回流功率,而且也能够增强变换器的动态响应速度。最后搭建MATLAB/Simulink仿真模型以及小功率变换器实验样机,通过不同控制策略下的对比实验,验证了该策略的正确性以及优越性。

基于PWM+移相的双有源半桥DC-DC变换器分析及其控制

该文针对双有源半桥(DAHB)DC-DC变换器宽电压范围运行下电容电压计算不准确、单移相控制粗放等不足,提出一种基于PWM+移相的三自由度优化控制(TFC)策略。首先,基于DAHB的数学模型,推导桥臂串联电容稳态电压表达式。在此基础上,从最小化回流功率角度得到三自由度控制的最优开关模式,推导了电流、功率等关键电气量的解析表达式,并获得以电流应力最小化为目标的包含等式和不等式约束的局部最优解方程组。其次,针对最优方程组难以解析求解的问题,采用模型简化+线性近似的方法求取其局部最优解,得到DAHB全工况PWM+移相的三自由度优化控制策略。然后,分析所提出的三自由度优化控制下DAHB变换器的软开关特性。最后,通过仿真及实验验证了桥臂串联电容稳态电压表达式的正确性和三自由度优化控制策略的有效性。

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。

基于矩阵变压器的全移相双有源全桥直流变换器的电流应力优化方法

针对传统单一移相策略下,双有源全桥(dualactive bridge,DAB)变换器无法真正实现全局最优电感电流应力的问题,提出一种基于矩阵变压器的全移相调制优化算法。全面分析由3个移相自由度组成的6种移相模式对电感电流应力的影响,并结合传输功率的数学模型得出所有电压传输比对应的全局最优解。使用一种低压侧并联高压侧串联的新型矩阵变压器结构,并分析由此结构引入的第4个移相角对优化结果的影响。最后通过直接功率控制将调制优化算法应用到此拓扑中。仿真和实验结果表明,提出的调制优化算法可以使得DAB变换器全局电感电流应力最优,提高工作效率,在轻载时能够实现软开关。

三电平双有源混合全桥DC-DC变换器最小回流功率控制

三电平双有源混合全桥(H-TLFB)DC-DC变换器通过引入三电平桥臂提高输入电压范围.针对该变换器在传统双重移相控制下具有较大的功率回流、较高的电流应力等问题,提出一种最小回流功率控制策略.首先分析H-TLFB DC-DC变换器功率传输特性,比较变换器在两种不同工作模式下回流功率值的大小,并根据回流功率与电压比、移相比、传输功率的数学关系,计算出回流功率达到最小时对应的最优移相比,并设计相应优化控制策略.与传统双重移相控制策略相比,最小回流功率控制策略下的回流功率可以在全功率传输范围内达到最小值,并且在一定的电压比范围内,回流功率、电流应力可以同时得到优化.最后,通过实验验证设计控制策略的正确性和可行性.

IPOP型双有源桥变换器均流控制方法研究

为提高双有源全桥变换器的功率容量,各种模块化组合方式被相继提出。基于输入并联输出并联的模块化组合方式,首先建立了变换器的降阶小信号模型,然后分析了变换器相与相间的均流原理并给出了变换器的相固有参数估算方法和并联均流控制策略,最后基于仿真模型对所提出的控制方法的合理性和正确性进行了验证。

双有源全桥变换器的超局部模型控制策略

随着高比例新能源及大量不确定负载通过直流变换器接入直流微电网,DC/DC变换器的控制策略对维持直流母线电压稳定起着重要的作用,但源荷的非线性不确定动态特性使得变换器精确建模困难。为此,提出了基于滑模观测器的双有源全桥变换器超局部模型控制策略,构建了DC/DC变换器超局部模型,引入滑模观测器精确估计超局部模型中的未知项,提升控制效果;并通过Lyapunov稳定性理论证明了该控制方法的稳定性。经搭建的仿真和实验平台验证得出:所提控制策略在各种扰动下均可使直流母线电压具有良好的稳定性及鲁棒性。

基于遗传算法的多模块IPOP双有源全桥DC-DC变换器总电流有效值优化策略

单模块双有源全桥DC-DC变换器,可通过最优移相策略来保证电流有效值最优。然而,当多模块并联运行时,由于模块间电气量无法完全匹配一致,不同模块间的电流有效值特性将有所差异,导致传统的均功率控制无法做到总效率最优。基于此,该文提出一种基于遗传算法的多模块输入并联输出并联(IPOP)双有源全桥DC-DC变换器总电流有效值优化策略。首先,该文结合遗传算法对单模块双有源全桥变换器的电流有效值特性进行分析与优化,该算法集成了单、双、三重移相控制的优势,同时可自然实现三种移相策略的无缝过渡。其次,针对输入输出并联的多模块变换器系统,提出一种基于离线计算在线查表,总电感电流有效值最优的控制策略。不同于传统的均功率控制方法,该策略可根据模块间辅助电感的差异化对总功率进行优化分配,以实现系统的总电感电流有效值最优。最后,搭建一台基于碳化硅器件的8 kW/100 kHz三模块并联样机对优化控制策略进行验证,实验表明,基于优化控制策略,样机峰值效率可达98.8%,与传统均功率控制策略进行对比,在降压和升压工况下,平均效率分别提升了1.2%和0.84%,验证了该文所提控制策略的有效性。

基于ZVS的双向全桥DC-DC变换器最小回流功率双重移相分段控制

双向全桥DC-DC(DAB)变换器在直流微电网作为可再生能源与储能设备的能量传输环节,通过实现零电压开关(ZVS)和最小回流功率,可显著地提升DAB变换器的性能,从而提高直流微电网的稳定性。但同时实现ZVS和最小回流功率控制在理论上是相互制约的。针对这一问题,该文提出一种基于ZVS的最小回流功率双重移相分段控制策略。通过对双重移相下的传输功率进行分段,前段将ZVS作为约束条件,得到基于ZVS条件下的最小回流功率控制策略,后段通过KKT条件法实现在给定传输功率下的最小回流功率控制策略。通过将所提控制策略和传统的双重移相控制对比分析,发现所提控制策略具有更小的回流功率和电流应力,提高了变换器的性能。最后,基于所提控制策略搭建实验样机,验证了控制策略的正确性和有效性。

LCL谐振型双有源全桥双向DC-DC变换器分析与控制

研究了一种新型LCL谐振型双有源全桥双向DC-DC变换器。根据LCL谐振网络的基本特性,在双移相控制方式下,使得初、次级全桥的交流侧电压与电流同相位,实现了单位功率因数,基本可以消除双有源全桥变换器中普遍存在的回流功率。在时域波形分析的基础上,建立了各次谐波的交流等效模型,计算了各次谐波传输功率相对于基波传输有功功率的比值,并通过基波近似法进一步研究了变换器的功率传输特性。最后,设计了一台额定功率为3.6kW的实验样机,特征波形、回流功率的实验与分析结果吻合,并验证了其运行在宽负载电压和功率范围内的良好特性。

双有源全桥DC-DC变换器的自适应虚拟直流电机控制方法

针对直流电网中微源功率突变、负荷投切、大电网扰动等造成的直流电压暂降问题,在分析了直流电机并网后动态调压特性的基础上,提出一种适用于直流电网的自适应虚拟直流电机控制方法(adaptive virtual DC machine control strategy,AVDCM),并将其应用于储能端的双有源全桥(dual active bridge,DAB)DC-DC变换器接口。该控制使换流器模拟出直流电机的惯性特性,在电压暂降瞬间提供良好的动态功率支持;在控制环节中加入了模糊逻辑控制器,通过检测直流母线电压的变化率与换流器的剩余容量,灵活调节惯性支持的响应速度和大小。基于建立的四端系统小信号模型,进行了灵敏度计算与根轨迹分析,以揭示主要控制参数对系统稳定性及动态性能的影响。硬件在环测试结果表明:所提控制方法在保持换流器良好功率跟踪性能的同时,可使变换器在阶跃与随机性功率波动下提供灵活可调的惯性支持,从而有效减缓系统受到的瞬时功率冲击,减少电压暂降幅度,进而提升电压质量。论文研究可为双有源全桥DC-DC变换器自适应虚拟直流电机的控制提供参考。

应用于储能系统的隔离型双向全桥直流变换器的软开关特性研究

在储能系统中,隔离型双向全桥直流变换器(DAB)因为其优异的特性而得到广泛的应用。首先分析了DAB在传统移相控制下的工作原理和软开关特性。针对DAB在轻载时将失去软开关的情况,引入了单边全桥脉冲宽度调制(Single H-Bridge PWM)的控制方法。重点分析了DAB在单边全桥脉冲宽度调制下的软开关特性以及调制占空比的选取原则。最后,在Saber仿真软件里搭建了DAB的电路模型,并且通过仿真得到在单边全桥脉冲宽度调制下,DAB的效率显著提高。

多模块双有源全桥变换器的模型预测控制

文中以级联型电力电子变压器(PET)中输出并联的双有源桥(DAB)变换器为研究对象,对多模块并联DAB拓扑结构进行建模,利用模型预测控制(MPC)实现各模块的功率均衡控制。在此基础上,针对实际级联型PET设备的DAB模块无负载电流传感器的情况,提出一种改进的模型预测控制策略。该策略利用DAB的功率传输特性计算得到总输出电流,通过电流均分实现在只对输出电压进行采样的情况下各模块的等功率运行,无需额外引入虚拟电流来代替采样电流。最后,通过Matlab/Simulink仿真和搭建以TMS320F28335为核心的两个模块DAB并联输出实验样机,验证所提出的控制策略。实验所得结果与理论分析一致,且与传统的控制策略相比,该控制策略动态响应更快,输出纹波更小,模块化的控制便于实现大规模的级联,能够有效降低成本。

直流微网中双有源桥变换器精确直接功率控制

在直流微网中,针对双有源桥(dual active bridge, DAB)变换器及其相连的储能系统的功率流动问题提出了精确直接功率控制(accurate direct power control, ADPC)方法。该控制方法实现了DAB变换器两侧的恒定功率传输,具有精度高、动态响应快、稳定性好,克服了传统直接功率控制(direct power control, DPC)对于系统参数的依赖的局限性。最后基于MATLAB/Simulink仿真工具箱和实物实验平台进行验证,通过与传统功率PI控制方法进行对比,仿真和实验结果表明:在功率指令值突变、负载突变、输入电压波动的情况下,该ADPC方法能有效提高输出功率的动态性能,减小输入电压扰动对输出功率的影响,且对系统参数无依赖性,提高了控制方法的兼容性和可移植性。该方法在直流供电网络的电能调度控制领域有广泛的应用前景。

双向全桥DC/DC变换器在直流微电网中的应用

双向变换器是微电网中的不可或缺的一部分,由DC/DC变换器将分布式电源、储能装置与负荷等构成的直流微电网,在未来供配电发展中会成为一种新的趋势。文中设计和制作了双向全桥DC/DC变换器,分析、计算和选择该变换器的功率器件及参数等,并进行了检验和参数调整。然后将该变换器其应用于直流微电网的锂电池组储能支路,实验结果表明,该双向全桥变换器能够正常工作,当直流微电网系统功率产生波动时,该储能支路能够与其他支路协调配合,稳定了直流母线电压,提高了直流微电网的稳定性。