基于模型预测控制的高频隔离型混合配电变压器

配电台区新型源/荷占比逐年提升,使得高/低电压、谐波放大、三相不平衡等配电终端电能质量问题凸显。提出一种基于模型预测控制的高频隔离型混合配电变压器,具备电能质量综合治理、交/直流混合配电等功能,可以满足配电终端用户高品质供用电以及新型源/荷友好接入需求。介绍了高频隔离型混合配电变压器的拓扑结构并推导了数学模型。结合拓扑结构特点,设计了连续控制集模型预测控制(CCS-MPC)策略和延时模型预测控制策略,CCS-MPC通过计算最优化占空比,实现前端变换器输出具有固定的开关频率和开关序列,减小寻优计算量。利用MATLAB/Simulink仿真软件搭建了一套10 kV/0.4 kV电压等级的高频隔离型混合配电变压器系统,验证了所提拓扑结构电能质量综合治理能力的有效性。

基于3525驱动板的推挽式非隔离型变压器DC-DC升压设计

设计了一种非隔离型推挽式变压器DC-DC升压方式,给出了推挽式升压主要电路模块参数的设计方法,其中包括尖峰吸收电路、MOS管外围电路、变压器以及整流桥。通过3525驱动板实现变压器输出电压非隔离反馈调节与MOS管驱动。通过设计发现在推挽式升压中:RC尖峰吸收电路,RC参数值与电路寄生电容电感、MOS管结电容以及电路整体谐振有关,并当电阻值固定时,电容越大尖峰吸收效果越好;MOS管需用NPN型,并考虑输入信号的阻抗平衡以及NMOS的安全与性能;变压器设计中需注意磁通不平衡和磁饱和引起的变压器短路,磁通不平衡可通过调节MOS管驱动信号使MOS管导通时间基本一致实现,磁饱和可通过对磁心开气隙使磁心磁饱和强度增加的方式进行调节;整流桥设计要点是考虑能量转化效率以及器件耐电压耐电流的值。通过3525驱动板的1、2以及9引脚和电阻电容实现非隔离电压采集,成本更低,并设计简单,稳定性强。

隔离型双向AC-DC矩阵变换器闭环控制方法研究

根据隔离型双向AC-DC矩阵变换器(Isolated AC-DC Matrix Converter,IAMC)没有中间电容缓冲环节,输入和输出变换器控制之间存在耦合,研究提出了IAMC两级功率变换器的控制方法。通过对全桥变换器进行闭环控制进而实现对直流侧输出电流和功率的直接控制;三相-单相矩阵变换器实现对有功和无功功率的独立控制,以满足网侧功率因数的高精度控制。所提控制策略有效降低了两级变换器的耦合强度,保证了系统的良好性能。在MATLAB中进行仿真,结果表明,所提出的控制方法在使系统电能质量得到提高的同时,可以实现单位功率因数可调,验证了所提控制策略的正确性和有效性。

一种高增益非隔离型耦合电感Boost变换器

这里提出一种高增益非隔离型耦合电感Boost变换器。该变换器利用耦合电感匝数比可调的特性,使占空比拥有更宽余度的同时实现较高的电压增益。此外,采用无源箝位结构,回收漏感能量,抑制开关管的电压尖峰,从而选取低导通电阻的开关器件,提高变换器的效率。在连续导通模式(CCM)下,详细分析了所提变换器的工作原理和稳态特性。为了验证所提变换器的可行性,搭建了一台输入电压20 V,输出电压200 V,功率100 W的实验样机,测得其最大效率和满载效率分别为95.4%和94.2%。

基于扩展移相的隔离型AC-DC变换器零矢量PWM调制策略

传统隔离型双向AC-DC变换器多为两级式结构,变换器效率低、控制系统复杂,现有的单级式解决方案通常依赖大量实时计算,难以兼具低电流应力、宽软开关范围和高功率传输能力特性。为此,该文设计基于双有源全桥的新型单级隔离型双向AC-DC谐振变换器,提出一种含有零矢量的复合频率调制策略。从高频开关周期入手,利用数学推导,证明所提方案在实现自动功率因数校正功能的同时,可降低开关器件的开关频率,免除附加吸收电路,实现交直流全桥的软开关,且几乎无功率回流,从而有效提升变换器的功率传输能力,所提单变量调节方法简化控制系统设计。最后,搭建额定功率为450W的仿真和实验平台,证明理论分析的正确性和调制策略的可行性。

基于隔离型模块化多电平换流器的中压直流柔性互联配电系统稳定性分析

中压直流柔性互联配电系统作为连接高压输电网和低压直流配电网的纽带,可实现源-网-荷-储的灵活接入,适用于未来城市能源互联网。建立了基于隔离型模块化多电平换流器的中压直流柔性互联配电系统小信号等效电路,推导了中压直流端口的阻抗模型,通过对比仿真测量与解析计算结果验证所建模型的准确性,并利用所建精确模型进一步研究电路参数和控制参数变化对系统稳定性的影响。在MATLAB/Simulink仿真平台搭建中压直流柔性互联配电系统的仿真模型,验证了所提小信号阻抗模型的准确性。

三相隔离型AC-DC-DC电源自适应线性自抗扰控制方法及纹波抑制补偿策略

三相隔离型AC-DC-DC电源因其具有功率密度大、电气隔离等优点,在工业上应用广泛。但在一些负荷频繁投切的特殊应用场景下,如电泳、电镀等,基于传统PI控制的电源存在输出电压响应速度慢及纹波大的问题。为了提升电源的输出电压响应速度,该文在分析线性自抗扰控制中关键带宽参数与输出量之间关系的基础上,提出一种控制器带宽参数自适应调节的线性自抗扰控制(A-LADRC)方法以实现输出电压在负荷突变下的快速调节。而针对系统前级不控整流环节中电压六脉动分量对后级系统带来的输出电压纹波增大问题,设计一种根据系统输出电压反馈值,自适应调整变换器占空比补偿量的控制策略,以实现减小电压纹波的目的。最后通过一台400 V/50 A的实验样机对所提方法进行了验证,结果表明所提方法能够有效提升系统输出电压响应速度并减小电压纹波,具有较好的实际工程应用价值.

隔离型Boost全桥变换器的关键问题研究

隔离型Boost全桥变换器因为特别适用于大功率低压输入场合,在诸如电动汽车、航天电源等领域得到广泛研究。本文将对隔离型Boost全桥变换器的两个关键问题进行分析讨论。一是如何减小变压器的漏感,二是如何实现IBFBC初始输出电压的建立。

DC/DC隔离型制氢电源发展现状与趋势

随着国家“双碳”目标的推进,电解水制氢将迎来爆发式增长,其中电源的拓扑及控制对提升制氢系统效率具有重要意义。对DC/DC隔离型制氢电源的拓扑进行梳理及分析,针对不同的应用场景,分别从单级型、两级型、并联型和多端口型DC/DC隔离型制氢电源的结构及其优缺点进行分析,结果表明,全桥谐振变换器及考虑电解槽温度、压力及氢/氧交叉渗透反馈的控制方案,将成为适应宽范围、强波动的大功率规模化制氢电源发展趋势,且隔离型三端口DC/DC变换电源将成为分布式集成化电-氢耦合未来发展模式,为电解水制氢电源进一步研究提供参考。

双向隔离型AC-DC矩阵变换器的双极性SVM调制分析

首先介绍双向隔离型AC-DC矩阵变换器工作原理及能量流动方向的影响因素,然后详细分析双极性电流空间矢量调制方法的实现原理,最后设计了PI直接功率控制器用于调节充电电流。实现了单位功率因数控制和电网电流低谐波失真率,并通过仿真验证了设计的正确性。

一种低电压应力的隔离型SWISS整流器

针对单管正激SWISS整流器高频开关管电压应力大、移相全桥SWISS整流器有直通风险等问题,基于传统SWISS整流器进行设计,提出一种双管正激SWISS整流器拓扑。将双管正激变换器和SWISS整流器进行结合,实现了SWISS整流器的电气隔离,减小了高频开关管的电压应力;同时,输出电路的每个桥臂由一个二极管和一个开关管串联组成,提高了整流器的可靠性。对双管正激SWISS整流器的工作原理和开关管的电压应力进行详细分析,并针对扇区边界处输入电流振荡问题,设计一种两级滤波器用于抑制电流振荡。最后在仿真平台验证了该整流器拓扑的可行性和两级滤波器的有效性。

非隔离型三相三电平光伏逆变器的共模电流抑制

针对非隔离型三相三电平光伏逆变器的共模电流问题,在分析三电平共模等效模型的基础上,采用改进型LCL滤波器,将滤波电容公共点接回到直流侧中性点,滤除寄生电容电压的高频分量,使共模电流大幅衰减。改进型LCL滤波器改变了三电平直流侧中点不平衡的机理,传统中点平衡算法,如分配因子法不再适用,为此,对分配因子法进行修正,提出广义的分配因子法,使中点电位得到有效地控制。实验证明了理论分析和算法的正确性。

采用交变脉冲电源单元的隔离型多输入直流变换器

多输入直流变换器(MIC)实现多种能源输入,可同时或分时向负载提供能量,具有优先利用能源、简化系统结构及降低系统成本等优点,因此适用于新能源联合供电系统。本文针对输入输出隔离场合,提出采用交变脉冲电源单元构建隔离型MIC的方法:根据交变脉冲电源单元组合规则推导出基本隔离型MIC,利用最大功率传输原则确定MIC的控制策略,通过分析开关管的开关时序对基本隔离型MIC进行简化,进而得到多种不同类型的简化隔离型MIC拓扑。本文将详细给出通过交变脉冲电源单元构建隔离型MIC的方法,并以将半桥三电平单元与全桥单元组合而成的双输入变换器为例,采用有效的能量管理策略实现两输入源的功率分配,最后通过一个1kW的原理样机验证理论分析的正确性。

面向储能系统应用的隔离型双向DC-DC变换器分析方法与控制技术综述

对储能系统中的隔离型双向DC-DC变换器进行了较为全面的调研。首先介绍了储能系统的研究发展背景和其对高效率高功率密度隔离型双向DC-DC变换器的要求,然后对近年来隔离型双向DC-DC变换器的国内外研究现状进行了综述,并着重对CLLC谐振变换器和双有源桥(DAB)变换器的分析方法和控制技术进行了比较分析。CLLC谐振变换器和DAB变换器都适合于未来大规模储能系统的应用需要,其中DAB变换器技术已经趋于更加成熟,有望率先实现规模化应用,CLLC谐振变换器则在中小功率范围内更具效率、功率密度的优势,随着设计技术和制造工艺的不断进步,其应用前景也十分广阔。

采用开关电容的非隔离型高升压比直流变换器

由于光伏、燃料电池一般输出电压较低,而母线电压较高,如果需要并网发电,前级的直流升压变换器要有很高的电压传输比,以实现高效地电能变换。基于基本直流变换器和开关电容变换器各自的优势,提出一种新的组合方式,推导出一系列的高升压比直流变换器拓扑,其基本思路为:在开关管关断期间,利用电感释放的能量,为多个开关电容进行并联充电,同时用脉宽调制(pulse width modulation,PWM)技术控制各电容的电压;开关管导通时,再将各电容串联起来,为负载供电,以提高变换器的升压比。分析各变换器的工作原理,并计算出各变换器的电压传输比。最后给出采用开关电容的高升压比变换器的详细设计过程以及实验波形,验证理论分析的正确性。

一种新型非隔离型高增益DC-DC变换器

在不间断电源、新能源发电等应用场合中,高增益DC/DC变换器得到了广泛应用。基于两相传统交错并联Boost变换器,提出了一种新型非隔离型高增益DC/DC变换器。所提变换器具有低输入电流纹波、两相电感电流自动均流、开关和二极管电压应力低、升压能力高等特点,适用于输入输出电压比大且无需电气隔离的应用场合。本文首先对所提电路的工作原理进行了具体分析,然后理论推导其主要性能特点,最后通过一台功率为400W的实验样机验证了前述分析的正确性。

基于脉冲源单元的单一次绕组隔离型多输入变换器

随着新能源的开发和利用,多输入直流变换器(MIC)以其电路结构简单、元器件数量少而越来越受到关注。在分析单输入与多输入变换器基本结构的基础上,本文将脉冲电压源或脉冲电流源进行串并联组合,并直接替代单输入隔离型变换器的直流输入源,进而推导出一族单一次绕组MIC电路拓扑。该MIC的变压器只有一个一次绕组,因此结构简单,容易设计和制造。同时,在该类MIC中,开关器件电压应力低,各输入源可同时或分时向负载提供能量。本文详细阐述单一次绕组MIC的拓扑生成方法、控制方式和特点,并以单一次绕组双输入Flyback变换器为例,分析其工作原理和控制策略,最后通过原理样机进行实验验证。

双级式中频隔离型储能变流器的直流母线电压优化控制

对基于双移相桥直流变换器的双级式储能变流器进行研究,分析其工作原理,并在此基础上建立损耗模型。传统的双级式储能变流器均借鉴脉宽调制(pulse width modulation,PWM)整流器的双环控制,将直流电压控制为恒定值,存在优化空间。提出一种直流母线电压优化控制策略,相比传统的定电压控制方法,此方法以损耗优化为目标,将直流母线电压调节至损耗最低点,从而提升整机效率,同时限定母线电压的上下限以保证变流器出力。详细介绍所提方法的工作取策略。最后搭建样机,通过实验验证损耗模型和控制算法的正确性与可行性。

基于多绕组变压器隔离型变换器的链式STATCOM研究

提出了一种新的STATCOM主电路拓扑结构,它由N个级联的多绕组变压器隔离型变换器构成,每个多绕组变压器隔离型变换器由1个多绕组变压器和M个变换器构成,每个多绕组变压器的M个副边绕组与M个变换器相连,M×N个变换器公用一个电容。所提结构由于同时避免了单个器件的串联和并联,从而有效地提高了装置的可靠性;采用载波移相的SPWM调制策略可同时优化输出电压和输出电流的谐波性能。所采用的多绕组变压器的副边绕组之间不需要错相位,错相位由变换器的控制器完成。给出了一种恒无功运行模式下的解耦控制方案。基于Matlab/Simulink的仿真结果证明了所提结构的良好性能和所提控制策略的有效性。

基于独立分裂电容的非隔离型中性点箝位逆变器漏电流抑制

为了解决非隔离型中性点箝位(neutral-point-clamped,NPC)三电平并网逆变器的漏电流问题,该文提出一种拓扑结构与调制相结合的漏电流抑制综合方案,该方案在抑制桥臂电流低频震荡、减小连接线电流和抑制漏电流方面可达到综合效果最优,同时又能控制直流母线中点电位平衡。首先,针对拓扑结构提出一种独立分裂电容(independentsplitting capacitor,ISC)结构的改进方法,该方法是一种折中处理方法,在减小漏电流的同时可以显著减小连接线电流,从传递函数的角度分析独立分裂电容值对漏电流和连接线电流的影响,并给出独立分裂电容值的理论计算公式。其次,在调制策略上采用一种基于LMZVM&LMSVM的矢量混合调制,通过减小共模电压变化率来进一步减小漏电流,并实现直流母线中点电位平衡控制。最后,通过仿真和实验对提出的ISC?LMZVM&LMSVM漏电流抑制综合方案进行验证,结果表明了该方法在漏电流抑制、减小桥臂电流低频振荡和连接线电流方面的有效性。