跟网型变换器的小扰动同步稳定机理分析与致稳控制

弱电网下,跟网型变换器易出现因阻尼不足导致的小扰动同步失稳问题。为此,该文借鉴复转矩分析理论,计及复杂控制耦合,建立跟网型变换器的复转矩模型。量化多环控制耦合、线路阻抗、控制参数等因素对系统阻尼转矩的影响,从阻尼的角度揭示跟网型变换器的小扰动同步失稳机理。根据理论分析,提出一种基于相位补偿的锁相环阻尼重塑控制策略,通过补偿多环控制耦合引入的负阻尼,增强变换器的小扰动同步稳定性。最后,开展相应的仿真与实验,验证理论分析的正确性与改进控制策略的有效性。

CLLC谐振变换器同步整流软开关失效分析与应对

同步整流(SR)是提高CLLC谐振变换器运行效率的有效方法,但由于功率管寄生电容等因素的影响,同步整流存在软开关失效的风险。因此,为同时实现同步整流和软开关,在变换器副边不控整流的基础上,分析了不同运行状态下同步整流软开关的失效原因,以及软开关实现的有效范围。提出了不同运行状态下的同步整流数字控制方法,可在保证实现同步整流软开关的同时,提高同步整流的运行范围,从而保证变换器在不同运行状态下的运行效率。同时,改进了不同运行状态下同步整流开通和关断时刻的计算方法,使得同步整流的控制无需电流传感器和其他额外硬件电路的参与,可应用于原本无同步整流控制相关硬件的双向CLLC谐振变换器中。搭建了实验平台,验证了所提方法的有效性。

一种基于滑模变结构的电压型SEPIC变换器混沌控制方法

针对高阶电压控制型开关功率变换器的非线性特征,提出了一种抑制DCM模式SEPIC变换器中混沌现象的滑模控制方法。该方法根据DCM模式SEPIC变换器的工作模式特点在状态变量的选取上进行改进,使相应的相轨迹在DCM模式下均能进入滑模面,并根据滑模函数的存在条件,选取相应的滑模系数。引入自适应滞环控制,通过设置滞环上下限,达到稳定开关频率的目的,实现对系统的混沌控制。通过搭建系统的Simulink模型对方法进行的仿真结果表明:该方法即使在系统出现较大扰动的情况下也能使系统稳定地运行于单周期态,且具有动态响应速度快,输出纹波小等特点。

基于AWF-DPID控制的同步Buck变换器研究

针对当前各种电子设备不断发展对电源管理芯片的精度、速度等要求越来越高的趋势,提出一种基于模糊逻辑的反计算法抗饱和双环PID(AWF-DPID)控制策略,实现同步Buck变换器的恒压限流功能。在双环PID(DPID)的基础上,设计一个二维模糊控制器,实时调整电压环输出参数,在电压环输出设计一个反算法抗积分饱和模块,从而调节Buck变换器的脉冲宽度,更高效精准地实现控制。变换器在10 kHz的频率下工作,给出变换器参数通过软件对不同控制策略进行仿真。结果表明,在实现恒压限流的相同控制目标下,AWF-DPID控制较其他控制响应更迅速、超调量更小稳态误差更小并且纹波系数更小;变输出指令下电压跟随性最好,有良好的动态特性。

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。

基于氮化镓的反激同步整流DC/DC变换器设计

给出了一种适合低轨商用航天的中小功率DC/DC变换器的设计方法。该方法采用了反激同步整流拓扑和表贴器件,可以覆盖常见的航天用中小功率单路及多路输出DC/DC变换器需求,具备低成本、高性能、高可靠、可批量化生产的优点。为了进一步提高转换效率和功率密度,还应用了氮化镓GaN(gallium nitride)功率开关。并且对不同工作条件下拓扑中主要功率器件的损耗进行了计算和对比分析。最后,以一款宽输入电压范围(23~47 V),输出5 V@30 W的电源变换器为例对所提方法进行了验证。

一种基于改进型Sepic的零纹波高增益直流变换器

针对光伏发电、燃料电池等新能源发电系统存在的输出电压低、DC/DC变换器输入电流纹波大等问题,提出了一种基于改进型Sepic的零纹波高增益直流变换器。该变换器将改进型Sepic变换器原本的两个电感进行耦合处理,通过结构设计将耦合电感和CD(电容、二极管)升压结构结合,实现高输出电压增益,同时利用电容钳位技术和输入电感实现输入电流零纹波,既提升了新能源发电系统的发电效率也解决了新能源发电系统并网电压低的问题。详细分析了所提变换器的工作原理和输入电流纹波特性、电压增益特性以及开关器件的应力特性,并给出了关键参数的设计。最后搭建了一台100W、36/360V的试验样机,验证了设计方案的可行性。

基于改进LADRC的构网型变换器预同步控制策略研究

针对构网型变换器预同步过程时电力系统频率电压稳定性低导致变换器并网失败的问题,提出一种基于改进线性自抗扰控制(LADRC)的构网型变换器预同步控制策略。首先,采用无锁相环(PLL)控制策略,通过相位偏差的反馈控制对网侧电压的相位和幅值进行快速同步追踪,可避免因PLL精度较低和响应速度慢而引起的电力系统稳定性降低的问题。在此基础上,在有功频率支路模块的角频率输出端引入LADRC,这可以有效解决预同步控制过程中变换器输出电压频率存在过冲的问题,从而确保构网型变换器预同步控制顺利进行最终实现成功并网。最后,在MATLAB/Simulink仿真平台中搭建基于改进LADRC的构网型变换器预同步控制模型并进行仿真验证,结果表明所提控制策略可以有效抑制系统频率震荡,并能够加速系统预同步进程,确保构网型变换器安全运行最终实现成功并网,仿真结果验证了所提方法的有效性。

应用于储能系统的CLLLC谐振变换器控制策略研究

动态性能和运行效率是CLLLC谐振变换器的重要性能指标。针对传统电压闭环控制加入电流驱动同步整流后系统动态性能进一步变差的问题,提出一种谐振电流内环的电压电流双闭环变频控制策略,并给出双环控制和同步整流的综合控制方法。首先根据变换器的增益特性,分析电感比和品质因数对增益曲线和效率的影响,并据此进行谐振参数设计;其次根据不同谐振状态下的谐振电流特性实现同步整流;最后引入谐振电流内环控制,实现双环控制和同步整流的综合控制。仿真结果表明,所提综合控制策略能够产生精确的同步整流驱动信号,相比于传统电压闭环控制,能够显著改善变换器对负载扰动和电压扰动的动态性能。

基于可变电感的CLLC谐振变换器

针对CLLC谐振变换器调频范围过宽带来的磁性元件设计困难问题,提出一种基于可变电感的CLLC谐振变换器及其控制策略。分析变换器的电压增益特性以及可变电感的工作原理,设计CLLC同步整流控制电路,采用调频加调感的控制方式完成闭环调节。搭建了CLLC原理样机并验证了所提方案,试验表明所提变换器在各极限工况下均可实现零电压开通(ZVS)并完成电压增益调节,在轻载时具有良好的降压特性,可在大幅缩减调频范围的同时,实现变换器的高效率运行。

高变比LLC型矩阵式谐振变换器的效率优化

在高压输入、低压大电流输出的应用场合,LLC谐振变换器在变压器和整流管上产生巨大损耗,不能有效凸显LLC谐振变换器高效率的特点。针对此问题,这里通过采用矩阵式平面变压器、同步整流控制策略等措施极大降低了LLC谐振变换器的损耗,变换器的效率得到了显著提升。同时进行了同步整流效率和暂态稳定性的实验验证。

一种应用于光伏系统的高升压比新型SEPIC变换器

提出一种新型高升压比SEPIC变换器。该变换器具有连续输入电流的优点,可降低光伏直流侧输入电压纹波。与传统无耦合电感SEPIC变换器拓扑相比,它可以在较小的占空比下提供较高的电压增益。因此,在给定电压增益下,较小的占空比可以明显降低电感的电流纹波,降低传导损耗,并减少开关器件的电压应力。分析了连续导通模式和断续模式的工作原理,比较了多个相似工作。最后,搭建100 W的实验样机,实验结果证明所提变换器拓扑的正确性和可行性。

磁集成高增益耦合电感组合Sepic变换器

为使直流变换器获得更高的电压增益,采用电路分析方法,将耦合电感倍压单元引入到组合式Sepic变换器,同时将两个储能电感与耦合电感进行磁集成,提出一种带有耦合电感的磁集成高增益组合Sepic拓扑直流变换器。分析了变换器的工作原理,给出了变换器各个工作模态,推导并求解得到变换器的电压增益表达式,同时获得了开关管的电压应力。研究结果表明:变换器耦合电感电流纹波与电感量比、电感耦合度有关,在耦合电感的电感量比为1及全耦合的情况下,变换器的电压增益是传统Sepic变换器的1+(1+n)/D倍。变换器的2个储能电感与耦合电感通过解耦集成的方式进行磁集成,有效地利用磁芯结构,减少了磁芯数量,集成磁件的体积比独立磁件减小了近30%;变换器实验样机效率达到了92.8%,测试的实验波形结果验证了理论分析的正确性。研究结论可为磁集成高增益耦合电感组合变换器的设计提供了理论依据。

一种新型SEPIC可拓展高增益DC-DC变换器

针对多串式并网光伏发电系统中的直流母线电压与太阳能光伏板的输出电压之间的电压水平不匹配问题,提出一种非隔离高增益DC-DC变换器。变换器在传统SEPIC变换器的基础上引入了开关电容网络,通过多个电容电压叠加实现了高增益,同时还降低了输入电流纹波,获得了更低的半导体器件电压应力。详细分析了变换器在连续导通模式和断续导通模式下的工作原理、电压增益以及半导体器件电压电流应力。此外,还探究了在连续导通模式下未考虑寄生元件与考虑寄生元件两种情况对变换器电压增益的影响程度。将变换器与其他6种升压变换器进行对比突显其性能优势。最后,搭建了一台200 W的实验样机进行验证,实验结果表明了所提变换器的正确性和可行性。

基于矩阵变换器的飞轮储能模型预测控制策略

飞轮储能系统常用的背靠背变换器中间存在直流环节及电解电容,使得变换器体积庞大,而且直流环节电解电容器会带来直流电压控制、寿命和维护成本等问题。针对上述问题,采用矩阵变换器作为飞轮储能系统的控制变换器,有效地融入了矩阵变换器的优势,避免了背靠背变流器中直流环节及电解电容带来的问题。在分析储能系统工作原理的基础上,考虑到矩阵变换器电压传输比的限制,通过理论计算得出基于矩阵变换器的飞轮储能系统的运行范围。通过理论分析得到了飞轮储能系统功率与飞轮转速的关系,然后利用转速外环电流内环的双闭环控制方式实现对飞轮储能系统的控制。电流内环采用模型预测控制策略对矩阵变换器进行控制,从而实现飞轮储能系统的充放电控制。Matlab/Simulink中的仿真结果验证了运行范围分析的准确性和所提控制策略的有效性.

电网阻抗比对跟网变换器同步稳定性的影响机理

随着基于电力电子变换器的电力装备在电力系统中渗透率的不断提高,并网变换器对系统的动态特性和稳定性的影响不断增强。电网阻抗同时影响跟网变换器的电流暂态和锁相环暂态,对跟网变换器的同步暂态响应以及变换器并网系统的同步稳定性有着复杂的影响。文章在考虑锁相环暂态和电流暂态的同时,研究电网阻抗比对跟网变换器同步稳定性的影响机理。首先建立考虑电网电阻和电流暂态的跟网变换器并网系统四阶同步稳定模型,接着提出故障瞬间锁相环频率偏差和电流变化量估计方法,分析电网阻抗比对频率暂态和电流暂态的影响规律。最后,通过Matlab/Simulink仿真,验证理论分析的正确性。

基于GaN器件的磁集成LLC谐振变换器的优化设计

为解决电动汽车辅助电源变换效率和功率密度相对较低的问题,提出一种基于改进磁集成变压器的LLC谐振变换器设计方案,修改了磁芯结构,在一个EEE磁芯上同时集成了谐振电感及变压器,减少了磁元件的重量和体积,优化了绕组排布及气隙结构,降低了磁芯饱和度和损耗,并结合GaN功率器件,最终搭建了一台150W的实验样机.实验结果表明,引入GaN器件及磁集成技术,可大幅提高变换器的功率密度和效率,从而验证了所提出设计方案的可行性.

电压控制对构网型变换器频率响应特性影响分析

构网型变换器的虚拟同步环节是影响其频率动态的最主要因素,但构网型变换器内电势的频率并不仅包含虚拟同步环节的频率。对此提出了一种表征电压控制对构网型变换器频率动态影响作用的研究方式。首先类比同步机的频率分析方法,提出了构网型变换器内电势的概念,将变换器的频率通过内电势频率进行表征,进而通过运动方程建模的方法分析了机电时间尺度内交流电压控制在响应有功功率扰动时对频率动态的作用,分析了电压控制参数对构网型变换器有功功率和频率响应能力的影响趋势。研究发现,较大的电压控制比例和积分参数会使得系统频率动态恶化,但变换器的响应性能主要由虚拟同步环节决定。以3机9节点系统和实际区域电网系统的MATLAB/Simulink仿真验证了所提方法的有效性。

双向CLLLC谐振变换器的软起动及同步整流研究

针对实际应用中LLC谐振变换器存在许多问题,分析了适用于微网系统中连接储能系统的CLLLC谐振变换器的工作原理,利用基波分析法(FHA)建立变换器等效模型,得到其增益曲线,分析了谐振参数差异对增益曲线的影响。采用一种复合软起动控制策略,有效降低了启动过程中谐振网络中的冲击电压和电流。采用一种电流控制型同步整流控制策略,提高了变换器的效率。利用MATLAB/Simulink进行仿真,仿真结果验证了CLLLC谐振变换器设计和理论分析的正确性。

一种10 MHz高频DC-DC功率变换器及其同步整流技术

该文设计一种具有准零相位差同步驱动信号的10 MHz DC-DC功率变换器,通过设计逆变器输出电压与整流器输入电压近似同相位,整流器和逆变器可以采用同一驱动信号,简化了同步整流开关管的控制难度,实现了10 MHz下可靠、简洁的同步整流控制。同时,为满足主拓扑要求,构建具有二次侧准无漏感特性的嵌套环形3D变压器,大大减少了传统变压器二次侧漏感对于同步整流控制的影响,并提出由多个印制电路板(PCB)结合来制作嵌套环形3D变压器的方法。最终,设计了一台48 V输入、12 V/28 W输出的实验样机,实验结果验证了所提出的控制方法和数值设计方法的可行性。