三有源桥DC-DC变换器广义状态空间平均模型及控制策略研究

基于移相加占空比控制策略的三有源桥TAB(triple active bridge)DC-DC变换器具有效率高和软开关范围可扩展等优点,但其小信号建模过程复杂、闭环控制环路参数整定困难。针对该问题,提出1种TAB工作在移相加占空比控制下的全阶连续广义状态平均建模和PI控制器设计方法。首先,分析TAB的运行原理和Y型等效结构;然后,结合移相加占空比控制的特点和交流方波源等效方法,推导出TAB的广义状态空间平均模型;接着,在推得模型的基础上求得输入到输出的传递函数,设计出PI控制器参数。最后,结合数字仿真及样机实验验证了所提方法的正确性及有效性。

基于广义状态空间平均的全桥LLC谐振变换器建模及应用

LLC谐振变换器在设计新的控制策略时,传统的设计流程需要手动拟合调试出控制参数,闭环稳定性分析涉及高阶函数计算。为了简化传统设计流程,引入广义状态空间平均(GSSA)理论对全桥LLC谐振变换器进行建模,将传统的阻抗物理模型转化为数学模型,推导出GSSA闭环大信号和小信号模型。通过GSSA模型推导系统传递函数矩阵并分析全桥LLC谐振变换器的动态特性,设计闭环PI控制参数,最后使用特征值分析法判断闭环系统稳定性。GSSA理论和模型结合MATLAB仿真,直接解决高阶函数的计算,快速推导控制参数,简化了设计新控制策略需要的调参环节和稳定性分析环节。为验证建模的正确性,依据建模推导元件参数搭建了400 W全桥LLC谐振变换器样机。在空载和满载两种工况下进行了实验,实验结果表明,系统响应速度快,与设定的输出参数相符合,输出电压纹波小于1%、最大误差0.4 V。仿真结果和样机实验结果验证了基于GSSA的LLC谐振变换器模型的有效性。

考虑死区特性的全桥型MMC状态空间平均化建模方法

为避免同侧互补导通的功率管发生直通短路故障,模块化多电平换流器(MMC)中开关器件需要设置死区时间,死区的存在会产生死区效应且死区难以被彻底消除。随着电力电子器件开关频率的不断提高,死区占比增加,死区影响已不容忽视。针对死区效应越来越显著和MMC仿真耗时过长的问题,提出一种考虑死区特性的提速模型。首先,对级联子模块含死区时间的实际开关状态进行端口工况特征扫描,通过含死区的端口特性识别出各子模块实际工作模态,建立状态空间方程。其次,基于状态空间平均法,以占空比为纽带统一子模块不同的模态性质,建立子模块分立元件模型。进一步,根据平均值模型的解耦特性,建立桥臂集中模型,提高仿真建模效率。最后,在PSCAD/EMTDC仿真软件平台上分别搭建全桥型MMC的详细模型、子模块分立元件模型与桥臂集中模型。仿真结果表明,所提模型具有较高的精度和运行效率,可以更好地满足实际工程仿真需求。

基于广义状态空间平均的LLC谐振变换器建模及稳定性分析

LLC谐振变换器在航空航天领域中广泛应用,但LLC谐振变换器固有的非线性特性及输出“小纹波”易造成系统失稳。为准确分析LLC谐振变换器非线性特性及输出“小纹波”问题,引入广义状态空间平均(generalized state space averaging, GSSA)理论对LLC谐振变换器进行建模,将时域非线性状态空间模型转化为GSSA模型。并推导基于GSSA理论的闭环系统小信号模型。通过特征值分析法及Nyquist曲线对元件参数、控制参数及参数耦合对系统稳定性影响进行分析,再利用仿真对模型及理论分析进行验证。仿真结果表明,建立的广义状态空间平均模型可以考虑到系统中“小纹波”因素,具有更高的精度。稳定性理论分析结果与稳定性分析仿真验证结果一致。

基于状态空间平均法的单相逆变器控制建模

论述了状态空间平均法的实质和一般步骤,应用状态空间平均法引出了一种线性时不变的、与负载扰动不相关的单相逆变器控制模型,指出了所得到的模型及其变种的用法特点。为验证状态空间平均模型的准确性,在一台单相全桥逆变器上进行了实验。实验表明,所得状态空间平均模型的精确性和可用性可以满足要求。

基于状态空间平均模型的全数字双闭环斩波内馈串级调速系统

首先介绍了内馈斩波串级调速的工作原理,其次采用状态空间平均模型建立了内馈斩波串级调速系统的小信号模型,推导了斩波器双闭环控制系统的动态模型,并用DSP实现了全数字控制．斩波器电流内环控制,提高了系统的可靠性,改善了速度稳态精度和动态响应．本系统已运行于工业现场,节能效果显著．

基于状态空间平均法的BOOST变换器仿真分析

DC--DC开关变换电路是一个时变的、非线性的动态系统,它的分析与设计一直是一个难题。通过数学推导阐述了状态空间平均法是平均法的一阶近似,并通过MATLAB软件进行典型升压变换器(boost converter)的电路模型和数学模型仿真对比,定量地讨论状态空间平均法模型的适用条件,说明状态空间平均法的本质,指出使用状态空间平均法时,一定要注意使用条件。

Boost变换器跨周期调制(PSM)的状态空间平均模型

基于Boost变换器,利用状态空间平均法对跨周调制(PulseSkippingModulation,PSM)进行建模和特性分析,推导出电感电流连续(CCM)和电感电流断续(DCM)时系统变压比,调制度M与负载的关系及系统转换效率的理想化公式,得到PSM具有轻载下高转换效率的结论,并设计具有PSM调制特性的控制电路,给出仿真结果。

非接触传输系统的广义状态空间平均法分析

采用广义状态空间平均法(GSSA)基于频域分解的思想将系统非线性模型近似成线性连续模型,并依据该模型分析了非接触电能传输技术(CPT)系统的稳态和暂态过程.仿真结果表明,GSSA模型能较快地完成对CPT系统的稳态及暂态分析,且与Simulink创建的精确时域模型的仿真结果一致.在此基础上,给出了系统效率计算方法,分析了直流电感、负载参数对系统效率的影响.

PWM开关变换器的极限环与状态空间平均法

从平均原理的角度阐明状态空间平均法［１］是平均法的第一阶近似，并证明了开环工作的ＰＷＭ变换器只存在稳定且唯一的以Ｔ（＝１／ｆｓ，ｆｓ是开关频率）为周期的周期解，且当ｆｓ→时，该周期解趋近于平均系统（原系统经平均后所得的系统）的直流解。这表明，高速周期开关系统极限环的性态可通过分析其平均系统的奇点来掌握。这是状态空间平均法的实质。

广义状态空间平均法用于PWM整流器的建模

针对常用的建模方法应用于电力电子变换器系统建模仿真的不足之处,首先介绍了基于Fourier变换的广义状态空间平均法(Generalized State Space Averaging)的基本原理;然后,以三相PWM整流器为例,在其时域开关模型的基础上给出了PWM整流器广义状态空间平均模型的详细推导过程,仿真结果验证了所建立模型的正确性和有效性。

基于广义状态空间平均的独立电力系统建模方法

针对由各类电力电子装置构成的独立电力系统应用日趋普及的现状,为对不同运行工况下独立电力系统进行描述,提出一种基于广义状态空间平均的独立电力系统建模方法。通过将独立电力系统时变非线性微分方程状态变量用傅里叶系数描述,得到独立电力系统的广义状态空间平均模型;依据独立电力系统的不同运行工况,分析其不同时间尺度的动态特性,并通过傅里叶系数的增减实现微电网的广义状态空间平均模型化简。该建模方法能甄别独立电力系统的运行工况及动态特性,在系统分析和设计中可代替时域模型,在稳态时可简化为状态空间平均模型。仿真结果表明该模型具有良好的精度和快速的分析能力,适用于独立电力系统的稳态、暂态分析领域。

广义状态空间平均法在CMPS系统建模中的应用

非接触移动供电系统(CMPS)是一种基于电磁感应耦合原理实现电能从静止电源系统向移动用电设备传输的新型供电系统。由于该系统主电路包含高频逆变网络以及两个相互耦合的谐振网络,导致系统阶数较高,其状态变量也呈现出明显的振荡特性,从而给系统建模与仿真分析带来了很大困难。利用Sanders所提出的广义状态空间平均法,建立了CMPS系统的数学模型,并依据该模型对CMPS系统进行了稳态与暂态分析。

基于广义状态空间建模的串联谐振DC/DC变换器主动软开关控制策略

基于广义状态空间平均法,利用脉冲频率调制-脉冲宽度调制(pulse frequency modulation-pulse width modulation,PFM+PWM)调制提供的双自由度提出一种可以同时调节输出电压以及实现开关器件主动软开关的控制策略,可以根据器件主体损耗情况“主动”切换软开关模式,兼顾整体效率提升与负载调节范围的扩展。分析全桥型串联谐振直流变换器工作频率高于谐振频率时的3种运行模式,并通过谐振腔参数设计避免特殊断续电流模式的发生;通过广义状态空间平均法建立包含调制环节在内的系统基波截断小信号模型,其数值扫频结果与物理模型展现出极高的精确度,并能精确反映拍频极点;定义反映多输入多输出系统能控程度的灵敏度矩阵,依据此设计实现输出电压调节及主动软开关的双链路线性控制策略。MATLAB/Simulink仿真及样机实验验证表明,所提控制相比传统脉冲频率调制具备更高的整体效率以及更宽的负载调节范围。

基于状态空间平均法的光伏并网逆变器控制建模

根据单相并网逆变器的结构和工作原理,提出了一种基于状态空间平均法的并网逆变器模型并使用MATLAB对该模型进行仿真研究,结果表明该模型能真实反映并网逆变器的实际工作过程,且该模型具有原理清晰,仿真时间短,占用资源少的优点.

基于状态空间平均法的新型高压直流输电系统稳态建模分析

运用状态空间平均法对新型高压直流输电系统进行分析,建立了新型高压直流输电系统的模型。并在开关函数的基础上进行傅立叶变换,通过忽略高次部分,在建模过程中,用开关函数来表示阀的开关状态,其状态组合可以表示整个电压源型换流器的状态,从而可以考虑换流器的自换相过程。结果表明,新型高压直流输电技术具有良好的性能。

基于状态空间平均模型的电压控制SIDO Buck变换器稳定性分析

分析电压控制SIDO Buck变换器工作于电感电流连续导电模式的工作原理,采用状态空间平均方法,建立了其状态空间平均模型,并获得系统输入–输出传递函数框图和雅克比矩阵。基于系统输入–输出传递函数框图和雅克比矩阵,分别采用奈奎斯特（Nyquist）稳定判据和劳斯–赫尔维茨（Routh-Hurwitz）稳定判据,分析了控制参数变化时电压控制SIDO Buck变换器的稳定性及稳定边界;并研究了输出电容参数对控制参数的影响。研究结果表明,电压控制参数具有稳定上界或下界,且输出电容的取值影响控制参数的稳定范围。最后,建立了电压控制SIDO Buck变换器的仿真和实验电路,时域仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。

基于状态空间平均法的非理想buck变换器CCM模态建模与仿真

精确数学模型是变换器设计、研究的基础,是观察、控制变换器输出特性的前提条件.本文采用状态空间平均法对非理想型buck变换器进行建模,得到其精确数学模型,并通过对matlab/simulink中buck变换器电路仿真验证基于状态空间平均法建模的正确性.

适用于电磁暂态高效仿真的变流器分段广义状态空间平均模型

针对新能源并网变流器电磁暂态仿真精度和效率的平衡问题,研究新能源并网变流器的常用平均化建模方法,提出适应大规模新能源并网电磁暂态高效仿真的变流器分段广义状态空间平均建模方法。该方法将分段技术应用于变流器广义状态空间模型中,将变流器动作特性一致的时间段合并研究,实现分段时间上变流器电磁暂态的变尺度建模。应用提出的变流器分段广义状态空间平均模型进行算例仿真,结果表明该模型实现了变流器暂态仿真中效率和精度的平衡,能够适应大规模新能源并网变流器的高效仿真。

状态空间平均法在串联型有源电力滤波器建模中的应用

阐述了状态空间平均法的基本思想,通过引入开关函数,建立了串联型有源电力滤波器的数学模型,利用状态空间平均法建立了单相电路状态空间平均模型.用Matlab仿真软件对状态空间平均模型进行了仿真,结果表明状态空间平均模型准确性能够满足要求,具有一定的合理性.