应用于储能系统的隔离型双向全桥直流变换器的软开关特性研究

在储能系统中,隔离型双向全桥直流变换器(DAB)因为其优异的特性而得到广泛的应用。首先分析了DAB在传统移相控制下的工作原理和软开关特性。针对DAB在轻载时将失去软开关的情况,引入了单边全桥脉冲宽度调制(Single H-Bridge PWM)的控制方法。重点分析了DAB在单边全桥脉冲宽度调制下的软开关特性以及调制占空比的选取原则。最后,在Saber仿真软件里搭建了DAB的电路模型,并且通过仿真得到在单边全桥脉冲宽度调制下,DAB的效率显著提高。

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。

基于双重移相控制的双向全桥DC-DC变换器最小回流功率分段优化控制

双向全桥DC-DC变换器以其重量轻、高功率密度、能量双向流动等优点成为直流微电网中不可或缺的一部分。但双向全桥DC-DC变换器在传统的单重移相控制下存在回流功率和电流应力等问题,尤其当输入电压和输出电压不匹配时,回流功率和电流应力会显著增加。针对输入电压和输出电压不匹配的情况,该文提出了一种双向全桥DC-DC变换器在双重移相下的最小回流功率控制策略。该控制策略通过对回流功率进行分段优化,得到了变换器在不同传输功率范围下的最优移相角。通过将所提控制策略和传统的双重移相控制进行对比分析,发现该文所提控制策略具有更小的回流功率和电流应力,提升了变换器的效率。最后基于所提控制策略搭建了实验样机,实验结果验证了控制策略的正确性和有效性。

基于冗余矢量的T型三电平双向变换器中点电位平衡模型预测控制

T型三电平双向变换器因其具有损耗小、输出电能质量高等优势适合应用于低压交直流混合配电网互联等场景。针对T型三电平双向变换器存在直流侧中点电位不平衡等问题,模型预测控制因其易于实现多目标优化的特点具有良好的应用价值。为了解决传统有限集模型预测控制(FCS-MPC)权重因子整定困难,中点电位控制效果不佳的问题,提出一种基于冗余矢量的中点电位平衡模型预测控制,利用冗余小矢量的特性实现对中点电位平衡的控制,避免了权重因子的选择。在此基础上,利用代价函数计算矢量的作用时间并预测输出最优开关序列,提升系统的稳态性能。最后,通过实验测试验证了所提策略的有效性。

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。

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。

基于光伏发电的一种双向Cuk型直流变换器研究

为探索弥补太阳能光伏发电系统供电不连续、不稳定等缺陷,设计了一种双向Cuk型直流变换器,作用于光伏直流母线与蓄电池之间,发挥能量双向传递的桥梁作用,实现电能高效变换和稳定输出的功能。使用Saber软件从正向降压工作模式和反向升压工作模式对所设计采用的双向Cuk型DC-DC变换器拓扑电路开展了仿真实验和结果分析,实验结果验证了所提出电路的有效性和可靠性。

基于双向全桥的部分隔离型四端口变换器的研究

文章提出了基于双向全桥DC/DC的部分隔离型四端口变换器。该变换器由两个Boost变换器和一个双向全桥DC/DC变换器构成,实现了功率的双向传递以及部分端口之间的隔离。根据其提出了四端口的运行模式,设计出四端口变换器在不同的运行模式下的控制策略,最后通过四端口变换器的各个运行模式以及模式之间的转换实验分析,验证了新型四端口变换器的可行性。

隔离型双向直流变换器的最小回流功率移相控制方法

降低隔离型双向直流变换器的回流功率以提高变换效率,对拓展隔离型双向直流变换器在直流配电网中的应用具有重要意义。首先,阐述双移相控制的工作原理和变换器回流功率产生的原理,建立传输功率和电源侧、负载侧回流功率的数学模型,分析减小回流功率对减小电流应力、提高效率所起的作用。其次,提出一种最小回流功率移相控制方法。在传输相同功率的条件下,相比双移相控制方法,该方法控制的功率运行点可实现回流功率最小。最后,在所搭建的2k W实验平台上进行实验验证,结果表明,所提控制方法在不同工况下均能实现最小回流功率运行,从而有效地减小了电流应力及功率损耗,提高了效率。

一种定频移相控制双向隔离型直流变换器的运行特性统一分析方法研究

定频移相控制双向隔离型直流变换器(isolated bidirectional DC/DC converter,IBDC)综合了定频移相与变频谐振两种控制策略在电压输出、功率传输以及软开关等方面优越性能。文中首先详尽分析单移相控制串联谐振变换器典型运行模式工作过程与软开关特性,提出依据开关动作时刻谐振电流方向,判别IBDC运行模式与开关方式的统一判定方法。其次,借鉴交流相量方法建立IBDC交流环节电压、谐振电流与复功率的相量表达式与精确时域数学模型,借助相量图方式直观分析电压增益与移相角度对IBDC运行特性的影响机理,通过时域数学模型全面量化分析电压增益影响下,IBDC在全负载范围内运行模式与开关方式统一判定条件、谐振电流特性与传输功率特性,比较分析不同等效建模方法分析结果的精确度差异。最后,仿真与物理试验结果验证基于相量分析法所提出的定频移相IBDC统一判定方法与数学模型的有效性与准确性。

隔离式双向全桥DC-DC变换器预充电研究

隔离式双向全桥DC-DC变换器正常运行前,为了防止电流过大冲击和输出侧电容电压振荡过大,需对输出侧稳压电容进行预充电。本文提出了一种不需要外加电路预充电的方法:将输出侧H桥开关闭锁,相当于不控整流桥,调节输入侧H桥开关状态,使得输入侧H桥输出方波占空比D从0逐渐上升到0.5。根据隔离式双向全桥DC-DC变换器的工作特点,证明了预充电过程中输入侧H桥开关为零电流开通。并根据这种预充电方法,提出一种隔离式双向全桥DC-DC变换器自起动的策略。仿真验证了这种预充电方法电适用于单个DC-DC模块和模块级联系统。

基于ZVS的双向全桥DC-DC变换器最小回流功率双重移相分段控制

双向全桥DC-DC(DAB)变换器在直流微电网作为可再生能源与储能设备的能量传输环节,通过实现零电压开关(ZVS)和最小回流功率,可显著地提升DAB变换器的性能,从而提高直流微电网的稳定性。但同时实现ZVS和最小回流功率控制在理论上是相互制约的。针对这一问题,该文提出一种基于ZVS的最小回流功率双重移相分段控制策略。通过对双重移相下的传输功率进行分段,前段将ZVS作为约束条件,得到基于ZVS条件下的最小回流功率控制策略,后段通过KKT条件法实现在给定传输功率下的最小回流功率控制策略。通过将所提控制策略和传统的双重移相控制对比分析,发现所提控制策略具有更小的回流功率和电流应力,提高了变换器的性能。最后,基于所提控制策略搭建实验样机,验证了控制策略的正确性和有效性。

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。

全桥Boost型多输入直流变换器

提出全桥Boost型多输入直流变换器电路拓扑及主从式功率分配和电压电流瞬时值反馈移相控制策略,并对该变换器的电路拓扑、控制策略、稳态原理特性、关键电路参数设计准则等进行深入地分析研究。全桥Boost型多输入直流变换器,是通过高频变压器磁通叠加法将多个全桥Boost型单输入直流变换器在输出端进行电流叠加;主从式功率分配策略,是指n?1路输入源功率固定和1路输入源补充负载所需的不足功率。理论分析和仿真结果表明,该变换器具有电路拓扑简洁、多路输入源可同时或分时供电、功率密度高、输出电压稳定等优点,为实现太阳能、风能、氢能等多种可再生能源联合供电奠定了关键技术基础。原理试验证实了所提出电路拓扑和控制策略的正确性与可行性。

一种Boost型双向桥式直流变换器的软开关分析

传统双向桥式直流变换器可应用于能量双向传递供电系统中,但其输入输出电流断续。为此提出一种输入输出电流连续且可实现软开关的Boost型双向桥式变换器,该变换器具有结构对称、电气隔离和控制简单等优点,适用于输入输出电流脉动较小的应用场合。介绍该变换器的工作原理,且详细分析开关管电压和电流在开关过程中的变化情况,并据此推导出在考虑结电容影响时开关管实现零电压开关的条件。最后通过一台1 kW的原理样机对理论分析进行验证。

一种全功率范围零电压开通的电流型双向隔离DC-DC变换器

针对传统电流型双向变换器存在的低压侧开关高电压尖峰和硬开关现象,提出一种可在全功率范围内实现实际零电压开通(ZVS)的电流型双向隔离DC-DC变换器。该变换器的一次侧Boost半桥能有效抑制开关管的高电压尖峰;二次侧为两个有源半桥并联,通过调整二次侧桥内移相角可改变实现ZVS的反向电流的大小。该变换器通过采用混合移相+脉宽调制(PWM)控制,可使所有开关管在全功率范围内实现实际ZVS。首先,介绍变换器的工作原理;然后,详细分析变换器的功率传输特性和软开关特性;最后,搭建一台30~60V输入、400V/2.5A的实验样机,验证了所提变换器及其控制策略的优势。

双向全桥DC/DC变换器在直流微电网中的应用

双向变换器是微电网中的不可或缺的一部分,由DC/DC变换器将分布式电源、储能装置与负荷等构成的直流微电网,在未来供配电发展中会成为一种新的趋势。文中设计和制作了双向全桥DC/DC变换器,分析、计算和选择该变换器的功率器件及参数等,并进行了检验和参数调整。然后将该变换器其应用于直流微电网的锂电池组储能支路,实验结果表明,该双向全桥变换器能够正常工作,当直流微电网系统功率产生波动时,该储能支路能够与其他支路协调配合,稳定了直流母线电压,提高了直流微电网的稳定性。

单级式隔离型三相双向AC/DC变换器及其SVPWM调制策略

为了同时实现升降压AC/DC变换和高功率因数控制,提出一种单级式隔离型三相双向AC/DC变换器及其改进型空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)策略。该拓扑具有功率因数高、升降压输出、高频电气隔离以及电能双向流动的优点,适合作为380 V直流微网与电网之间的接口变换器。它与传统的三相电压型脉宽调制整流器相比,不需要外加工频变压器或者DC/DC降压变换环节,具有功率密度更高、成本更低的优点。给出变换器的推导过程以及工作原理,提出基于该拓扑的SVPWM调制策略,并分析变换器的直通问题。最后,在实验室研制一台由DSP TMS320F2812控制的3 kW原理样机,实验结果验证了所提出的拓扑及其SVPWM算法的可行性。

组合双向升压直流变换器型高频链逆变器

提出了一类组合双向升压直流变换器型高频链逆变器电路结构与拓扑,它由两个隔离双向升压型直流变换器输入侧并联、输出侧反向串联构成。深入研究了互补和独立两种电压瞬时值反馈控制方案及关键电路参数设计准则等。研究表明,采用互补控制时占空比变化范围小、副边功率开关电压应力小、输入电流和输出电压纹波小等特点;采用独立控制时占空比变化范围大、副边功率开关电压应力大、输入电流及输出电压纹波大等特点。研制了单端式500VA 18-32VDC/115V400HzAC互补控制逆变器样机,给出了样机测试结果。

双向全桥直流变换器的软开关实现与硬件参数优化

重点介绍了双向全桥直流变换器中高频隔离变压器的漏感与串联辅助电感的参数优化设计。直流变换器作为高频隔离双向多电平变换器的中间级,控制变换器能量的双向流动。通过详细分析传统移相控制下双向全桥直流变换器运行过程以及超前桥与滞后桥分别实现软开关条件,得出满足软开关条件的电感参数与死区设置时间。通过具有三级结构的级联多电平变换器的实验平台,验证了电感参数优化保证软开关实现的有效性,同时提高了直流变换器的效率。