固态变压器中隔离双向DC/DC变换器扩展移相下虚拟电流控制策略

该文以固态变压器后级隔离双向DC/DC变换器为重点研究对象,提出一种扩展移相下虚拟电流控制策略。通过分析后级变换器在扩展移相传输功率下相移量关系以获得最小电流应力最优解来提高变换器的传输效率,减少器件损耗。同时通过虚拟电流控制思想在线估算传输功率来提高系统动态响应性能,减少电流传感器使用。最后,对该文所提出的扩展移相下虚拟电流控制与扩展移相控制进行实验对比分析,验证了扩展移相下虚拟电流控制策略具有降低电流应力,显著提高变换器的动态响应的优点。

基于扩展移相的ISOP-DAB变换器混合优化控制方法

输入串联输出并联-双有源电桥(ISOP-DAB)变换器多应用于大功率高电压场合,为降低ISOP-DAB变换器的电流应力并提高系统的动态性能,本文提出一种基于扩展移相调制混合优化控制方法。首先分析在扩展移相下变换器的工作模式和功率模型,通过拉格朗日优化算法获取电流应力最优的相移组合,并结合虚拟电压均衡控制方案,以应对负载突变或输入电压扰动状态,同时结合变换器的结构特征使用输入电压均值完成模块间功率的动态平衡。最后,将混合优化控制方法、基于单移相的虚拟功率控制和传统的扩展移相优化控制进行对比实验。实验结果证明了混合优化控制在功率均分的同时可以实现电流应力优化,提高能量传输效率,同时也显著地改善了变换器在扰动情况下的动态特性。

新扩展移相角下的双有源桥DC-DC变换器优化控制策略

为提高双有源桥(dual active bridge,DAB)DC-DC变换器的效率,降低其控制复杂度,提出一种基于扩展移相控制的最小电流应力闭环优化控制策略。首先,依据两侧全桥输出电压间的相位关系和桥内移相角的大小,重新定义新的移相比,以确保移相比与传输功率的正相关性;接着,基于开关管的通断顺序,对DAB的进行工作模态的划分,并择优选出两种作为其实际工作模态;然后,利用Karush-KuhnTucker条件法实现在软开关条件下全功率段的电流应力优化,并与新的移相比相结合设计出一种更为简洁的闭环优化控制策略;最后,搭建DAB仿真模型及实验样机进行验证,结果表明:所提控制策略不但具有控制简单、易实现的特点,同时能在全功率范围内实现最小电流应力控制和开关管的软开关特性。

基于扩展移相控制的高频DAB变换器ZVS控制方法

双有源桥(Dual Active Bridge,DAB)在需要高效能量双向流动的工作场景有广泛的应用。在高开关频率工作时,变换器开关器件结电容充放电时间无法忽略,导致扩展移相控制下DAB零电压开通(Zero Voltage Switching,ZVS)范围断续。通过分析扩展移相控制下双有源桥DC-DC变换器工作模态,建立高开关频率工况下DAB变换器数学模型,提出一种利用磁化电流扩宽ZVS范围的方法。在此基础上,结合电感电流应力优化算法,提出一种适用于高频工况应用的电流应力优化下的软开关控制策略。采用该控制策略,可以有效减小导通损耗,消除开关损耗,显著提升高开关频率下的变换器效率。搭建400 kHz实验样机,验证控制策略有效性。

混合双有源桥变换器扩展移相控制方法研究

为解决变换器在升压模式时存在电流应力偏大的问题,基于梯度法构造电流应力和功率约束条件的方程组,得到可优化电流应力的扩展移相占空比组合;此外,考虑到移相角的突变会严重影响变换器的动态响应,通过改进移相角动态调整策略使变换器能够快速并稳定地过渡到新的稳定状态,抑制了直流偏磁,使其动态特性得到改善。最后,搭建实验平台进行验证,与单移相(SPS)控制和传统扩展移相(C-EPS)控制对比,证实了该方案的可行性。

基于扩展移相控制下双有源桥移相角优化选取与分析

双有源桥(DAB)采用扩展移相(EPS)控制时,在同一传输功率下存在移相角的多种不确定组合。合适的移相角选取不仅是确保DAB满足功率传输要求的前提,同时也是降低回流功率、减小电流应力的重要保障。基于此,首先,提出了一种EPS控制下的DAB移相角优化选取方法,所建立的传输功率表达式可以降低传输功率特性的分析难度和计算复杂度;其次,在综合考虑回流功率与电流应力优化的前提下,可以进一步明确移相角的选取范围;最后,仿真与实验验证了理论分析的正确性。

基于扩展移相控制的双有源桥DC-DC变换器的软开关

新能源的高效利用是影响未来社会发展的重要因素,能源路由器中的双有源桥是提升新能源利用率的关键。提高双有源桥变换器效率的有效途径是通过移相控制实现变换器的软开关。因此,文章针对扩展移相控制下的双有源DC-DC直流变换器的软开关实现问题,分析了稳态运行下直流变换器的具体工作模态,给出了变换器一次侧和二次侧实现软开关的参数设计条件。最后,根据设计的参数,搭建了一台样机进行试验,仿真结果与试验结果均表明了提出的软开关设计方法的可行性和有效性。

基于扩展移相控制的双向有源桥变换器回流功率优化

为了更好地将分布式电源与负荷接入直流配电网,并提升功率传输效率,针对双向有源桥(dual active bridge,DAB)变换器的运行控制,研究其回流功率的优化控制技术策略。建立基于扩展移相控制的DAB变换器的传输功率与回流功率数学模型,详细阐述回流功率的产生机理,在传输功率特性中引入电路的回流功率特性。其次,分析不同电压转换比下,回流功率与传输功率的耦合关系,提出DAB变换器的回流功率最优控制模型。搭建DAB变换器的实验样机,分析最优回流功率控制下的变换器工作特性,对比研究不同控制策略下DAB内部的回流功率,验证了所提回流功率最优控制模型的有效性。

扩展移相控制的双有源桥DC-DC变换器的优化控制策略

该文将扩展移相控制下的双有源桥DC-DC变换器分为0≤D1≤D2≤1与0≤D2<D1≤1两种工作模式,分析扩展移相控制下的电流应力特性与零电压导通特性,推导在此控制方式下全功率范围内实现最小电流应力的优化方案,该方案能使所有开关管在全功率范围内实现零电压导通。对比该方案与现有的扩展移相控制方案、双重移相控制方案、三重移相控制方案的电流应力优化效果与零电压导通特性。同时,该文将双有源桥DC-DC变换器的稳态性能与动态性能的优化相结合,为增强其动态性能,提出环内直接功率控制方案,该方案与最小电流应力控制方案同时作用,当运行状况发生变化后,在保证对电流应力优化的同时,能实现快速的动态响应。最后通过实验结果验证该方案的有效性。

CLLC谐振变换器调频-扩展移相控制研究

CLLC谐振变换器因其可实现软开关、功率密度高、调压范围大等优点受到广泛关注,但其传统的控制方法存在开关频率变化大、软开关实现范围窄的不足,导致CLLC变换器效率和功率密度的进一步提高受限。针对上述问题,提出一种CLLC变换器的新型调频−扩展移相控制方法,将控制分为两段并给出了分段的边界条件,通过移相控制缩短了开关频率变化范围,通过增加原边和副边桥的移相角增大了软开关范围。基于基波模型分析了变换器的增益模型和软开关临界条件,并基于MATLAB进行多种控制方法下的对比试验,验证了所提控制方法的正确性和有效性。

扩展移相控制下DC/DC变换器的最小环流优化

装甲车辆供电系统具有电压等级多、供电质量要求高等特点。直流DC/DC变换器是平衡电网供耗电,提高供电质量的关键环节。分析了变换器中环流功率产生的原因,并根据拓展移相(EPS)控制下的回流功率数学模型,提出一种使环流功率最小化的移相策略,通过计算仿真得出EPS策略与传统移相控制下的环流功率曲线。设计制作原理样机,通过实验验证了该移相策略的有效性。

基于扩展移相的双向全桥DC-DC变换器虚拟惯性控制策略

在直流微电网中,由于受功率波动和负荷突然投切的影响,直流母线电压容易波动。为维持直流母线电压稳定,提出一种双向全桥DC-DC变换器的虚拟惯性控制方法。双向DC-DC变换器在采用扩展移相方法的基础上增加虚拟惯性环节,通过增加一阶滤波器提高系统惯性功率基准,当直流微电网中功率发生波动时,储能单元将提供惯性功率支持。最后,通过Matlab/Simulink搭建仿真模型,仿真结果验证了所提控制策略的有效性与可行性,有效抑制了直流母线电压的波动。

基于扩展移相控制的双向DC/DC变换器控制策略

储能的发展对双向DC/DC变换器的传输效率有较高的要求,为此提出一种基于最大传输功率的双向全桥DC/DC变换器扩展移相控制策略,并采用奇异摄动法建立了扩展移相控制下变换器的小信号模型。最后,基于MATLAB/Simulink搭建仿真模型,仿真实验结果验证了该策略的有效性和可行性。

基于改进扩展移相的双向DC-DC变换器控制策略

为对系统有功功率进行双向调节,同时使二次侧直流母线电压保持稳定,并减小电力电子变压器(PET)二次侧母线的扰动对PET其他端口的性能所造成的影响,分析双有源桥(DAB)双向DC-DC变换器在改进扩展移相控制(EPS)下的工作模式和回流功率,设计了控制区域内零回流功率控制点。以系统功率平衡为目的,研究系统功率平衡控制策略,该策略将逆变器的功率引入DAB变换器,以减小DAB二次侧电压波动。在改进扩展移相控制下,系统负载功率从0kW突变至15kW时,二次侧母线电压最大变化约为30V,达到稳态过渡时间约为10ms;系统负载功率从15kW突变至10kW时,二次侧母线电压基本无变化;在一次侧母线电压发生突变时,二次侧母线电压无明显波动。

基于扩展移相的双有源桥变换器复合优化控制策略

现有双有源桥(dual active bridge,DAB)变换器的扩展移相(extended phase shift,EPS)控制优化策略存在数学模型不完整、工作模式不全面、优化目标单一、无法在线优化等问题。为此在全面分析EPS的工作模式和各模式传输功率、回流功率及电流应力数学模型的基础上,提出了一种EPS控制的回流功率和电流应力复合优化控制策略,优化目标是在保证回流功率最小的前提下优化电流应力,在分析比较不同工况下各模式性能优劣的基础上,根据优化目标选取部分模式采用有约束极值求解法得出复合最优控制路径,进而设计了EPS复合优化闭环控制器。最后,通过实验对所提控制策略进行了验证。实验结果表明,与已有控制策略相比较所提出控制策略降低了DAB变换器的回流功率和电流应力,提升了DAB变换器效率。

双向全桥DC/DC变换器新型移相控制策略研究

目前双向全桥DC/DC变换器以传统单移相(SPS)控制策略为主,SPS控制策略在电压不对等的情况下可能会产生较严重的回流功率和电流应力。为了提升传输效率,提出一种扩展移相(EPS)控制,该方法既减少了双向全桥DC/DC变换器传输过程中的损耗,也扩展了双向全桥DC/DC变换器的控制范围,增强了调节灵活性。详细了介绍所提EPS控制的原理,分析了EPS控制的软开关控制范围,同时给出了以虚拟功率标幺值为控制目标的控制策略来寻求最优回流功率。

三相AC/DC型电力电子变压器高频直流环节回流功率优化控制研究

级联H桥AC/DC型电力电子变压器中的高频直流环节通常采用双有源桥电路DAB(dual-active bridge),并通过移相控制方式进行能量传递。单移相控制会在DAB中引入回流功率,增加系统损耗。在由理想直流电压源供电的DAB中,通过改进的移相控制可以显著抑制回流功率。然而在电力电子变压器PET(power electronic transformer)中,交流电网侧的PWM整流环节会引入二次脉动功率,导致其高频直流环节的输入/输出电压变比存在低频脉动,使得现有的回流功率抑制方法难以获得期望效果。针对这一问题,分析了在PET模块电容电压存在低频脉动的情况下,采用单移相和扩展移相两种控制方式下的回流功率分布特征;同时,结合功率通道型三相AC/DC电力电子变压器,提出了功率解耦和扩展移相协同控制的回流功率抑制方法;通过功率解耦控制,抑制模块电容电压中的低频脉动,维持高频直流环节输入/输出电压变比恒定,并结合扩展移相控制,抑制PET中的回流功率。仿真和实验结果验证了所提方案可以有效抑制三相AC/DC型PET中高频直流环节内的低频脉动功率及回流功率。

储能用零电压双有源桥式DC-DC变换器控制策略研究

针对可再生能源并入电网运行的不稳定性问题,以带开关管电容的双有源全桥双向DC-DC变换器为主要研究对象,研究不同控制方式下变换器的特性。重点研究了典型双有源桥结构的变换器在单移相控制方式、扩展移相控制方式以及双重移相控制方式下的不同工作状态,对比各个控制方法下的开关管零电压导通条件与电流应力。通过仿真与实验对上述不同控制方式下的工作状态进行对比分析,扩展移相在保证ZVS的基础上减小了电流应力与开关损耗。

DAB变换器的回流功率与电流应力综合优化方法

扩展移相(EPS)控制是双有源桥(DAB)变换器的一种常用控制方式,但现有EPS控制优化存在策略优化目标单一的问题。为此,提出了一种基于EPS控制的回流功率和电流应力综合优化控制策略,优化目标是在保证回流功率最小的前提下优化电流应力,采用有约束极值法求解得出综合最优控制策略,进而设计了EPS综合优化闭环控制器。最后,通过实验对所提控制策略进行了验证。实验结果表明,所提控制策略降低了DAB变换器的回流功率和电流应力,提升了DAB变换器效率。

双有源桥DC-DC变换器线性自抗扰控制

针对双有源桥DC-DC变换器单重移相控制电流应力大,采用传统PI控制动态特性差等问题,为同时优化变换器电流应力和动态特性,在扩展移相控制下,提出一种线性自抗扰控制结合直接功率控制的电流应力优化方案。通过建立扩展移相各个状态下的数学模型,推导出电流应力的全局最优解,将线性自抗扰控制器引入电压环,与直接功率控制相结合,输出传输功率标幺值至电流应力优化算法中,计算对应移相角。仿真和实验结果表明:新优化控制策略能在减小电流应力的同时提高变换器的动态响应能力。