基于SLADRC的三相交错并联DC-DC变换器稳压控制

针对三相交错并联型DC-DC变换器在输出侧负载和输入侧母线电压数值改变以及其他扰动影响下而出现的输出电压波动现象,提出一种滑模线性自抗扰控制策略。首先,建立三相交错并联DC-DC变换器在s域下的数学模型,并分析能量传输不平衡原理;然后,根据系统模型,设计合适的观测器和线性自抗扰控制器;进一步,为提高系统对输出电压波动的抑制能力,引入滑模控制,形成滑模线性自抗扰控制,提高系统的抗扰性和快速性;最后,设计多种工况对新型控制策略进行仿真验证和半实物仿真实验验证。结果表明:与传统控制策略相比,滑模线性自抗扰控制不仅具备优异的电压波动抑制能力,而且具有优越的稳态运行能力和暂态穿越能力,保证了系统能量传输间的平衡。

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。

多相交错并联DC-DC变换器单电流传感器控制策略

针对多相交错并联DC-DC变换器相间均流问题,该文提出一种具有动态均流能力的单电流传感器控制策略。首先,根据变换器工作模态建立全息数学模型,深入分析造成相间电流不平衡的成因,推导出稳态下各相电流与寄生电阻、负载电流及占空比解析表达式。其次,考虑器件非理想特性,利用恒定占空比交替测试法估算各相寄生电阻;将电压环控制器输出量作为基准值,引入占空比补偿因子实现相间电流均衡。然后,基于系统小信号模型利用频域法对控制环路进行分析,辅助Matlab/SISO设计工具,优化控制器零点位置与环路增益,并利用根轨迹研究负载变化对系统稳定性影响;同时增加负载电流前馈补偿环路以降低输出阻抗,进一步改善系统动态性能。最后,搭建三相交错并联Buck变换器数字控制实验样机进行稳态与动态测试,其结果验证了所提出控制策略的可行性与正确性。

基于多进制正交幅度调制的交错并联DC-DC变换器能量信息一体化技术

电力电子变换器通过功率和数据信息复合调制,使其在电能变换传输的同时实现数据信息的传输,达成了能量信息的一体化,极大地促进了电力电子装置的数字化和智能化。为进一步提升变换器能量信息一体化中的通信速率,该文针对交错并联DC-DC变换器的电路结构,提出基于多进制正交幅度调制(MQAM)的能量信息一体化技术。首先介绍基于MQAM的交错并联变换器能量信息一体化的原理;其次建立变换器传输电能和信息的数学模型并进行分析;然后提出适合电力电子变换器的基于MQAM的能量信息一体化实现方法,使其在负载变化工况下仍能进行信息的传输;最后通过一台交错并联的5V/10V Boost变换器完成技术的验证。该技术在电能可靠变换传输的条件下,大幅提升了通信速率,可作为电力电子变换器实现高水平能量信息一体化的参考。

一种交错并联DC-DC变换器数字优化控制方法

车用超级电容具有大电流放电能力要求,其后端双向DC-DC变换器具有较大的电流容量。单个变换器难以承担过大的电流容量,可采用并联多个标准模块变换器提高电流容量。以工作于电流模式的两相交错并联半桥型Buck-Boost变换器为例,对目前已有的均流、交错方法进行了改进,提出了一种数字控制方法。设计了一台基于DSP控制的实验样机,实验结果证明了所采用方案的可行性。

车载储能系统中并联DC-DC变换器的研制

在此设计一种用于有轨电车储能系统的DC-DC变换器并联系统。DC-DC变换器可以实现电能双向传输,在有接触网区,超级电容组通过DC-DC变换器储存电能,在无接触网区,两组超级电容组分别通过DC-DC变换器升压输出并联为车辆提供电能。通过系统的小信号模型分析,设计并联系统的闭环控制器。最后,通过仿真以及实验验证了所提设计方法的可行性。

一种无均流外环并联DC-DC变换器的设计

设计了一种无均流外环并联DC-DC变换器,采用平均电流模式控制,通过控制最大编程电感电流,实现并联变换器的精确均流。采用小信号模型分析了并联变换器的均流误差和稳定性,电路实现了稳定的电流特性和快速的瞬态响应,具有优良的负载电流调节能力。仿真结果表明,该电路的均流误差在8‰以下,并联变换器在重载和轻载之间跳变时,1.5 ms内可恢复均流平衡,新插入变换器在0.7 ms时刻可重新建立均流平衡。

并联DC-DC变换器无线数字通信技术

提出了一种在无线数字通信技术情况下研究并联DC-DC变换器的方法。该方法消除了并联变换器系统中传输控制信号的物理连线,能够屏蔽多种物理连线引入的问题;同时针对DC-DC并联系统的特点,通过对常用的无线收发模块的分析,提出DSP+FPGA框架方案,使系统的开关频率达到200 k Hz,延迟时间缩短到12μs,并且最终建立了实验平台。通过实验验证了所提并联系统无线控制的有效性。

基于新型CD单元的两相交错并联高增益Boost变换器

为减少基于电容-二极管(CD)升压单元的两相交错并联高增益Boost变换器的CD单元数量,提升变换器电压增益,提出一种最后两级CD单元电容并联充电、串联供电的新型两相交错Boost变换器拓扑结构,进一步发挥CD单元的升压能力。分析新型3CD、4CD两相交错并联Boost变换器的拓扑演化过程,提出新型NCD两相交错并联Boost变换器的拓扑演化规律。以新型4CD两相交错并联Boost变换器为例,分析变换器工作原理,以及电感、电容寄生电阻对变换器电压增益的影响。最后在StarSim硬件在环实验平台搭建1 kW的新型4CD单元交错并联Boost变换器,验证该文所提拓扑的正确性。

基于移相控制统一模型的双有源桥DC-DC变换器基波环流优化控制策略

为充分利用双有源桥DC-DC变换器的容量,减小无功功率,提升工作效率,提出一种基于变换器移相控制统一模型的基波环流优化控制策略。通过引入基波移相比对变换器的所有移相控制方式进行统一描述,并采用傅里叶分解法建立全桥交流电压及电感电流的统一模型。该统一模型降低了多控制变量下变换器多模态分析的复杂性,适用于不同移相控制的所有工作模式,具有普适性。基于频域分析法和功率因数角,构建变换器传输功率及无功功率的统一数学模型。在此基础上,提出考虑无功基波分量的环流优化控制策略,并对传导损耗进行建模与分析。该策略简单有效,能够很好地减小变换器无功功率和改善系统效率,更有利于工程实际的应用。搭建了实验平台,对比了所提基波环流优化控制策略与传统移相控制方式下变换器的功率因数及变换效率,仿真和实验结果验证了理论分析的正确性和所提控制策略的可行性。

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。

基于准Z源的高增益DC-DC变换器拓扑研究

为了解决传统的DC-DC升压电路电压增益较低,以及光伏发电、风力发电等新能源输出电压低且不稳定,从而影响后级逆变等操作的问题,将准Z源网络与高增益DC-DC拓扑相结合,提出一种基于准Z源的非隔离型高增益DC-DC变换器拓扑;充分利用准Z源网络的高电压增益特性,有效解决DC-DC拓扑在升压方面的不足;为了深入研究变换器的性能,对其在连续导通模式下的拓扑结构、工作原理进行详细分析;同时基于状态空间平均法,建立变换器的小信号模型,并推导其开环传递函数。通过与其他新型拓扑的性能对比,得到该变换器不仅显著提高了电压增益,同时具有较低的开关电压应力。最后搭建仿真及实验平台来验证拓扑理论分析的正确性。

基于改进LSTM-SVM的双向DC-DC电力变换器故障诊断

目的为了解决双向DC-DC电力变换器的软故障诊断精度不高的问题,方法提出基于改进LSTM-SVM的双向DC-DC电力变换器故障诊断模型。首先,分析双向DC-DC电力变换器中电容、电感和MOSFET管的故障机理,通过仿真实验模拟各元件失效后变换器的输出电气参数变化,从而确定变换器不同元件故障时对应的故障特征参数;其次,构建改进的LSTM-SVM双向DC-DC电力变换器故障诊断组合模型,在LSTM中添加Mogrifier门机制,提高LSTM提取时间序列原始数据中微弱特征的能力;最后,由于传统LSTM的末端分类器为Softmax,其主要解决单一元件诊断问题,变换器故障类型较多,维数较高,所以采用麻雀搜索算法优化的SVM代替原有的Softmax函数,对LSTM输出的数据进行故障分类,提高故障诊断的准确率。设置双向DC-DC电力变换器充放电两种状态下,包含电解电容、电感和MOSFET单双管故障在内的24组故障,分别采用本文构建的改进的LSTM-SVM和原始的LSTM-SVM双向DC-DC变换器故障诊断模型进行诊断。结果结果表明,改进的LSTM-SVM故障诊断模型诊断准确率平均值为99.71%,原始的LSTM-SVM故障诊断模型诊断准确率平均值为88.48%,改进的LSTM-SVM故障诊断模型对各元件的故障诊断正确率均高于原始的LSTM-SVM故障诊断模型的。结论基于改进LSTM-SVM的双向DC-DC电力变换器故障诊断模型实现了对双向DC-DC电力变换器中的电解电容、电感和MOSFET单双管故障的准确诊断。

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SEPIC的新型高增益DC-DC变换器及衍生拓扑分析

针对光伏并网系统中单开关升压变换器(如SEPIC、Boost、准Z源、二次型)电压增益低和半导体器件电压应力大的问题,提出1种基于SEPIC的外部升压型高增益DC-DC变换器。首先对所提变换器在电感电流连续导通模式和断续导通模式下的工作原理和稳态特性进行详细分析,并与其他新型拓扑进行性能对比。在此基础上,给出了基于外部升压网络的衍生拓扑。最后,通过搭建1台400 V/200 W的实验样机证明了理论分析的准确性。所提变换器利用阻抗网络和开关电容单元构成的外部升压网络提升了SEPIC变换器的电压增益,并改善了半导体器件电压应力大的缺点。

一种新型准Z源高增益DC-DC升压变换器

针对传统准Z源阻抗网络DC-DC升压变换器存在电压增益低和元件电压应力高的问题,提出一种新型准Z源高增益DC-DC升压变换器(HSQZSC)。首先,分析HSQZSC变换器两种模态工作原理,并对其进行稳态分析和参数设计。其次,与现已提出的Z源变换器进行性能对比,表明HSQZSC变换器具有高电压增益和元件电压应力低的优势。然后,对其建立状态空间模型进行小信号分析、稳定性分析和控制器的设计。最后,搭建100 W实物样机,实验结果验证了HSQZSC变换器的可行性与有效性。

三电平混合全桥DC-DC变换器回流功率优化控制

针对三电平混合全桥双向DC-DC变换器存在的回流功率较大的问题,本文以回流功率最小化为目标,提出了一种基于双重移相控制的回流功率优化控制策略。首先,建立了三电平混合全桥DC-DC变换器的数学模型,分析了变换器回流功率和传输功率的特性关系;然后,以回流功率作为目标函数,通过KKT条件法将不同模式的等式和不等式约束条件转换为约束函数,并构建拉格朗日多项式函数求最佳移相比组合;最后,为提高系统动态响应的快速性,采用了环内直接功率控制方法,实现了变换器在面对突发情况时系统能迅速实现动态响应。仿真结果表明,在输入电压和负载突变时,本文提出的改进优化控制策略可以有效减小回流功率,提高系统的动态响应性能。

集成有源开关电感和Y源倍压单元的高增益DC-DC变换器

针对光伏发电系统中光伏组件电压等级的提升,提出一种集成有源开关电感和Y源倍压单元的高增益DC-DC变换器。所提变换器能够实现低开关管电压应力,具有高自由度电压调节能力,在满足一定升压条件下仍能保证电路的效率,在光伏发电中具有较大的应用潜力。对变换器的工作模态、器件电压电流应力、参数设计和损耗效率进行详细阐述。最后通过实验验证所提拓扑结构的可行性。

基于LLC谐振变换器的双向DC-DC光伏储能回路设计

针对光储逆变器的储能回路效率较低,控制较为复杂等问题,该文设计了一款基于双向全桥LLC谐振变换器的双向储能电路。对双向全桥LLC谐振变换器的正向导通特性和反向导通特性进行介绍和分析,基于采用基波分析法得到的LLC谐振变换器等效电路,推导出变换器实现软开关的条件。通过推导得到的条件对LLC谐振变换器进行硬件参数设计,并成功搭建一台样机进行实验验证,实验结果表明,变换器可以在全负载领域实验软开关,并具有较高的效率,验证了理论分析的正确性。