基于神经网络的微电网交错并联变换器的改进自抗扰控制

针对混合储能微电网在负载突变、扰动加入等多种复杂工况下引起的用电端降压接口的电压质量降低的问题,文章设计了一种以改进线性自抗扰为主要控制器,以BP神经网络为辅助参数优化算法的闭环控制策略。首先,根据六路交错并联变换器的电路拓扑建立时域下的数学模型,并对系统总扰动进行重构,将总扰动分解为模型未知扰动和外界扰动,分别利用观测器进行估计,形成了改进线性自抗扰控制,提高系统的扰动观测能力和观测精度;其次,为使系统获得控制参数的实时优化能力,引入BP神经网络,对控制器参数进行实时整定;最后,搭建了混合微电网六路交错并联变换器的数字仿真模型和半实物仿真模型进行验证,并与PI,LADRC进行了比较。结果显示,所提控制策略不仅具备优异的输出电压质量,而且使系统获得了更好的稳定性与鲁棒性。

基于双向交错并联变换器的电池模拟器研究

动力锂离子电池测试既要考虑安全性、便捷性,也要考虑测试时间和硬件成本等因素。在保证测试精度前提下,将非线性电池模型与电力电子开关器件相结合,基于三阶RC等效电路模型,采用交错并联Buck-boost变换器作为电池模拟器的主电路拓扑,实现对真实动力电池的替代测试。首先分析了电池等效电路模型及其参数辨识原理。其次研究了电池模拟器工作原理和双向交错并联Buck-boost变换器控制策略,并设计了控制器参数。最后搭建了电池模拟器试验平台,试验结果表明该电池模拟器可以较高精度地实现对电池伏安外特性的模拟,可以满足对动力锂离子电池的测试需求。

基于级联-并联变换器的贯通式牵引变电所系统研究

为了解决既有电气化铁路存在的电分相、无功、负序与谐波问题,以及贯通式牵引变电所容量问题,提出一种基于级联-并联变换器的贯通式牵引变电所系统。牵引变电所采用二极管钳位型三电平NPC变换器作为基本结构,同时采用变换器级联和并联实现牵引变电所的容量提升,通过载波移相空间矢量脉宽调制SVPWM策略控制变换器输出电压。深入分析变电所内变换器并联产生环流的原因,设计了将双闭环控制与下垂控制策略结合的共享同步信号环流抑制策略,并首次应用于级联-并联变换器的牵引变电所系统,抑制系统内环流。通过仿真验证该结构的可行性,并通过小功率实验平台验证控制策略与调制策略的正确性。

输入串联输出并联变换器的控制器设计及稳定性分析方法

输入串联输出并联(ISOP)变换器具有低电压、电流应力、模块化等优点,在高压至低压的功率变换领域得到广泛的应用。以输入电压平衡作为基本控制思想,结合ISOP变换器的等效双闭环控制框图,提出了相应的控制器设计方法及稳定性分析方法,在简化了控制器设计流程的同时提高了稳定性分析的可靠性。为了验证该方法的有效性,选取了双向高效能软开关DC-DC变换器——全桥LLC谐振变换器作为研究对象,对其小信号控制模型进行了进一步的推导和完善,并结合实例,完成了控制器的设计和稳定性的分析。最后,搭建了基于全桥LLC谐振变换器的2单元ISOP变换器实验平台,从起机过程、负载切换过程和功率平衡效果3个方面对上述结论进行了实验验证。

并联变换器均流控制策略研究

将模糊控制引入并联变换器均流控制技术中,对模糊控制规则以及选择模糊控制器输入变量的量化因子和输出控制量的比例因子进行了分析。提出了一种按中间电流自主均流方法。该方法减小了各相电流调节幅度,使得各相电流很快均衡。仿真实验结果表明,均流控制策略能够使得并联变换器具有良好的动态均流与负载均分特性,能够在大负载变化内良好运行。

多级H桥并联变换器的谐波分析

在简要分析多重化变换器和多级H桥并联变换器系统特性的基础上,采用傅里叶分解的方法分析了多级H桥并联变换器消除低次谐波的机理,结果表明9个H桥并联变换器可以消除n=18k±1(k=1,2,3,…)次以外的谐波,具有减少对电网谐波污染的优点.最后,给出了PSPICE仿真和系统实验波形.

四相交错并联变换器中耦合电感的对称化

为了提高交错并联变换器的性能,对四相交错并联双向DC/DC变换器中不对称耦合电感进行分析,推导出等效稳态电感和等效暂态电感的数学表达式。结合提出的耦合电感结构进行不对称耦合电感对称化研究。通过Saber和3D Maxwell软件进行仿真验证和样机实验,验证了理论分析和仿真结果的正确性。

三相交错并联变换器中耦合电感的对称化

为了提高交错并联变换器的性能,对三相交错并联Buck变换器中不对称耦合电感进行分析,推导出等效稳态电感和等效暂态电感的数学表达式。结合现有耦合电感结构进行不对称耦合电感对称化研究,建立了包括磁轭磁阻和绕组外面空气磁阻的精确磁路模型,给出了空气磁阻的计算公式。通过Saber和3D Maxwell软件进行仿真验证和样机实验结果,验证了理论分析和仿真结果的正确性。

基于扩张状态观测器的并联直流变换器增强控制策略

为进一步改善并联直流变换器在多种内外部扰动下的动态性能,提出一种基于双闭环扩张状态观测器(ESO)的增强控制策略。该策略将比例调节器与ESO相结合,然后分别应用于公共电压外环和各个电流内环,实现各功率单元的动态均流,也强化对输入电压扰动的抑制能力,且无需额外传感器。首先,根据并联变换器的状态方程,推导内环电流ESO控制的表达式。然后,根据电流闭环极点的分布情况,从理论上分析ESO型电流内环在输入电压扰动抑制方面强于比例积分型电流内环的原因。此外,借助伯德图,给出ESO型电流内环对电感失配的鲁棒性更强并能有效消除动态电流偏差的理论依据。最后,使用三相buck变换器进行不同方案的对比验证,实验结果证明了所提策略在改进动态性能方面的有效性和先进性。

输入串联输出并联型三电平双有源桥变换器功率与电压平衡控制策略

针对三电平半桥型输入串联输出并联(ISOP)型双有源桥(DAB)变换器的各模块参数差异而导致的模块功率不均衡传输问题,该文首先分析多模块功率不平衡原因,然后提出基于三重移相(TPS)调制的串联侧功率平衡策略。针对ISOP系统多模块间参数差异问题,提出多模块参数差异估计方法,该方法无需增加额外的电流或电压传感器,通过注入强制分量作为扰动而采集反映模块差异的特征量变化,对控制量进行补偿实现多模块功率平衡。仿真和实验结果表明,在多种扰动条件下,所提功率平衡方法可实现样机串联侧均压,在输出电压24V工况和10~435W功率范围下,系统在所提控制策略下能明显提高串联侧的电压平衡,工作效率达到90%以上。

交错并联LLC谐振变换器均流技术

针对交错并联LLC谐振变换器器件参数不一致引起的相间电流不均衡问题,提出一种在变换器二次侧串接耦合电感的均流方法。通过在变换器二次侧串联耦合系数为-的全耦合电感,使变换器两路输出电流进行反向耦合,在实现两相间均流的同时,又避免了耦合电感的漏感对变换器一次侧谐振产生影响。分析了耦合电感实现均流的工作原理,建立了基于串联耦合电感的谐振变换器交流等效电路模型,对改进后的变换器的均流效果进行了分析,并通过仿真和实验对所提方法进行了验证。研究结果表明:耦合电感对变换器电压增益的影响随耦合系数绝对值的增大而减小,耦合电感量越大变换器的均流效果越好。

并联DC-DC变换器网络控制系统的信号量化研究

针对并联DC-DC变换器网络控制系统(NCS)因无法及时处理冗长信号而导致系统均流输出性能较差的问题,结合滑模控制(SMC)策略提出一种NCS均匀量化设计方法。以并联Buck变换器为例,首先设计了其主从均流SM控制系统;后在连续域内对含SMC的NCS进行均匀量化设计,并根据量化误差分析了系统的稳定性能;再考虑到变换器在实际数字控制系统中的应用,采用零阶保持器研究了均匀量化SMC系统的离散化效应并给出了稳定性条件;最后,利用仿真分别分析了连续和离散域中不同参数条件下系统的输出性能,得到当量化步长与采样时间分别取0.1与0.1 ms时系统输出性能最优,并在该最优参数下进一步通过实验证明,所设计均匀量化SMC系统能够将并联Buck变换器的输出电压与均分电流稳态误差分别控制在0.117 V与0.008 A内,验证了所提设计方法的正确性。

交错并联开关电感Boost变换器的失稳分析与控制

为提高输出电压增益,减小开关管电压应力,将开关电感结构代替传统电感嵌入到交错并联Boost变换器中。利用频闪映射法得到交错并联开关电感Boost变换器在峰值电流控制下的离散数学模型,并通过分岔图、相轨图、Jacobian矩阵特征值研究其失稳机理,结合参数共振微扰与电荷控制的优点,设计了补偿方案对失稳系统进行混沌控制。研究结果表明,开关电感的嵌入有效拓宽了交错并联Boost变换器的稳定范围,并通过补偿方案使得混沌系统重回周期-1稳态,提高了变换器的工作性能和稳定性。

四相交错Boost变换器的解耦均流控制方法

交错并联Boost变换器通常采用双闭环控制输出电压,均流环平衡电感电流。但是,在变换器的控制过程中,双闭环与均流环往往存在耦合问题。为此,提出了一种主从均流解耦的控制方法,削弱双闭环与均流环控制时的耦合关系。首先,介绍了四相交错并联Boost变换器的拓扑结构及工作原理,建立小信号数学模型,并推导出传递函数;其次,阐述了双闭环与均流环的解耦的条件,提出了一种双闭环与均流环的解耦的控制策略,实现双闭环与均流环之间的解耦;最后,在PSIM中搭建了四相交错并联Boost变换器仿真平台,进行四相交错并联控制。仿真结果表明,采用主从均流解耦的控制方法后,输出电压波动明显降低,证明了所提方法的可行性和有效性。

具备低电压穿越能力的自均压型混合直流变换器研究

输入串联输出并联型(input-series output-parallel,ISOP)直流变换器广泛应用于能源互联网中的直流电网场景,其关键问题在于解决系统模块间输入电压不均衡。为此,结合谐振型和移相型双有源桥(dual active bridge,DAB)变换器,提出一种具备自适应均压能力的混合型模块化ISOP型直流变换器,系统同时具备谐振型DAB的高效率和移相型DAB的灵活控制能力。通过在DAB源端的滞后桥臂中点增设无源的LC谐振支路,该谐振支路与相邻子模块的2个半桥模块共同构成非隔离型双有源半桥,以此来实现系统输入电压的自适应均衡。此外,提出一种低电压穿越(low voltage ride-through,LVRT)方法,在DAB前端连接电压调整模块,模块内部的高频变压器的副边串联电感,当系统输入输出侧发生电压跌落时具备故障穿越的能力,提高系统的暂态可控性。最后,在MATLAB/SIMULINK环境下搭建模型进行验证,可以证明系统的自适应均压性能及故障穿越方法的有效性。

基于自适应超螺旋滑模观测器的Buck变换器无模型预测控制

针对三相交错并联Buck变换器在外部干扰下影响系统鲁棒性和动态性能的问题,本文提出一种基于自适应超螺旋滑模观测器的无模型预测控制策略。首先,建立超局部模型代替原有的数学模型,设计自适应超螺旋滑模观测器估计超局部模型中的动态部分。然后,引入最小二乘法预测电流误差趋势,动态调整观测器增益矩阵。最后,构建离散方程,设计代价函数,实现无模型预测控制。实验结果验证了所提算法可以有效抑制因外部扰动产生的稳态误差,且相较于传统无模型预测控制具有更好的鲁棒性和动态性能。

基于非线性扩张状态观测器的交错并联Buck变换器无模型预测控制

针对交错并联Buck变换器在复杂环境下受到内外部扰动导致控制性能下降问题,提出一种基于非线性扩张状态观测器的无模型预测控制策略(NESO-MFPC)。建立超局部模型来替换原有先验物理模型,降低控制系统模型精度依赖。设计非线性扩张状态观测器估计超局部模型中未知干扰部分,并补偿到基于超局部模型的预测模型中去,提高抗干扰能力。设计无差拍预测控制策略,保证系统的快速动态响应。仿真结果表明,相比于传统控制方法,该控制策略具有更优的动稳态性能和鲁棒性。

适用于大功率工况的双向直流变换器

针对大功率双向并联直流变换器存在的均流问题,提出了一种适用于大功率工况的新型并联双向CLLC转换器,该变换器不仅能够实现良好的软开关特性,而且能够实现系统负载自动均衡。介绍了新型并联双向CLLC转换器的工作原理,并通过仿真和实验验证了电路拓扑的有效性。

自主均流控制的并联Buck变换器稳定性分析

研究基于自主均流法并联Buck变换器的稳定性问题。基于系统精确的状态方程,数值仿真观察系统随参数变化时呈现的均流失败、低频振荡以及输出电压上浮等现象。使用一种改进的离散建模方法得到系统的映射模型,并结合仿真结果对系统的稳定性进行分析,揭示了低频振荡的Hopf分岔本质。最后给出系统的稳定性边界,讨论了均流环对系统性能的影响。

并联BUCK变换器中的混沌研究

开关式DC/DC变换器是一个强的非线性控制系统,变换器满足一定条件时,就会产生各种类型的分叉和混沌。该文采用基于主从控制的并联Buck变换器为研究对象,详细推导了并联Buck变换器的动力学方程,通过仿真得到了在一定范围内改变参数时引起的分叉和混沌现象。并且借鉴非线性动力学中的Jacobian矩阵法对系统不动点的稳定性进行了分析,通过其特征值轨迹形象说明了分叉出现的原因。