LCL谐振型双有源全桥双向DC-DC变换器分析与控制

研究了一种新型LCL谐振型双有源全桥双向DC-DC变换器。根据LCL谐振网络的基本特性,在双移相控制方式下,使得初、次级全桥的交流侧电压与电流同相位,实现了单位功率因数,基本可以消除双有源全桥变换器中普遍存在的回流功率。在时域波形分析的基础上,建立了各次谐波的交流等效模型,计算了各次谐波传输功率相对于基波传输有功功率的比值,并通过基波近似法进一步研究了变换器的功率传输特性。最后,设计了一台额定功率为3.6kW的实验样机,特征波形、回流功率的实验与分析结果吻合,并验证了其运行在宽负载电压和功率范围内的良好特性。

单相电力电子变压器中串联谐振型双有源桥电流特性分析

三级式电力电子变压器(PET)因其良好的控制特性,受到了广泛关注和应用。三级式PET由输入级、隔离级和输出级构成,各级之间通过储能电容相连。由于功率半导体器件的耐压水平有限,一般此类PET由多个功率模块级联构成。各功率模块的中间环节通常采用串联谐振型双有源桥(DAB)变换器来实现不同直流电压等级之间的电能变换与电气隔离。本文在考虑PET交流输入侧、直流输出侧瞬时功率分布规律的基础上,建立了单相PET功率模块的动态等效电路模型,推导了其中串联谐振型DAB的电流时域解析表达式及其简化模型。通过所搭建的Matlab/Simulink仿真模型和电力电子变压器功率模块测试平台验证了该模型的正确性。

基于LCL谐振型双有源桥的三端口DC-DC变换器及其解耦控制

为了降低集成式三端口DC-DC变换器多功率路径的控制环路间的耦合程度、优化动态性能,将双Buck/Boost与LCL谐振型双有源桥通过共用原边全桥开关单元集成到一起,提出新型三端口DC-DC变换器及其解耦控制方法.该变换器实现了开关器件的复用,提高了功率密度;采用PWM+双移相控制,可以实现3个端口间传输功率的灵活控制;利用LCL谐振特性实现基波功率因数为1的功率传递.本研究分析该变换器的工作原理、控制方式与谐波特性,并且根据基波分析法提出简单、有效的解耦控制方法,可以有效降低多功率路径间的耦合程度,提高系统动态响应能力;搭建400 W的实验样机,进行控制方式对比试验、典型工作模式切换试验、解耦控制对比试验,验证该变换器的可行性及所提解耦控制策略的解耦效果.

串联谐振型DAB变换器参数设计方案

串联谐振型双有源桥变换器(DBSRC)具有峰值效率高、开关损耗小的特点,因而被广泛应用于电力电子牵引变压器场合。针对DBSRC输出性能受参数影响较大的特点,提出一种基于开关频率、移相比及电路参数的选择方法。通过构建开关频率、移相比与输出功率的数学模型,依据计算对变换器的参数进行设计,寻找到变换器最大功率输出点。最后提高变换器整体效率。仿真和实验结果表明了所提参数选择的合理性,在合理选择变换器硬件参数后,DBSRC输出功率可进一步提升。

面向直流配电网的双有源全桥的PID控制

随着直流配电网的快速发展,作为其关键设备的双有源全桥也成为研究的热点。本文针对双有源全桥的输出电压误差较大,对负载阶跃变化的动态响应较慢等问题提出了采用PID调节的闭环控制的方法,为方便说明,以单移相调制的CLLC谐振型双有源全桥为例进行仿真,分别用开环和闭环控制来观察其输出电压,负载电流等波形,证明了上述方法可以对直流变压器的输出电压进行精确控制或是在某一范围内对输出电压进行控制,同时使系统动态运行较稳定,且进入稳态时间较短。为今后入研究直流配电网的变换器拓扑及控制方法打好了基础。

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。

基于LCL型逆变器有源阻尼研究

对LCL型逆变器的谐振原因及有源阻尼的机理进行深入分析,得出有源阻尼实质是对系统谐振峰值附近对应的输出频率成分的反馈控制,当该反馈为负反馈时可以实现较好的抑制效果,且反馈深度越深,谐振峰值抑制效果越好。结合有源阻尼实质在电流双闭环控制的基础上提出一种有源电导阻尼控制策略,通过Matlab进行仿真验证,谐振抑制效果和输出电流波形都较明显改善,仿真结果证明改进后的控制算法具有可行性。

级联H桥型电力电子变压器隔离级高频电流波动抑制策略

串联谐振型双有源桥变换器(DABSRC)由于具有控制简单及软开关范围宽的特点,可用在级联H桥型电力电子变压器隔离级DC-DC电能变换环节中。考虑电力电子变压器各相单元存在二倍电网工频瞬时功率波动,导致隔离级DABSRC高频电流幅值呈现相同波动,且过大波动将会增加隔离级开关器件导通损耗和电流应力。为解决该问题,文中以优化高频电流有效值为目标,提出一种零序电压注入控制策略,通过在交流侧级联H桥变换器中注入零序电压,降低了隔离级DABSRC开关器件电流应力。最后,利用苏州同里10 kV交流/750 V直流3 MVA级联H桥型电力电子变压器工程示范样机进行验证,仿真及样机测试结果证明了控制方法的有效性。

风光发电制氢供电系统稳态运行研究

对于风光发电制氢系统来说,其供电系统也是必不可少的关键环节。现有供电技术多采用交流输电方式,给直流负荷供电时电力变换级数多,涉及设备较多,且需要配备无功补偿装置,经济性较差。针对上述问题,本文以某风光发电制绿氢项目为依托,对风光发电制氢供电系统进行设计与研究。整个供电系统采用直流输电方案,系统中的核心设备大功率直流变压器采用模块化设计,子模块采用谐振型双有源桥直流变换器拓扑,控制策略采用适合工程应用的单重移相控制。同时,根据光伏、风机、储能电池及电解槽的设备特性进行等效,利用PSCAD/EMTDC搭建系统仿真模型,以此对风光发电制氢供电系统的稳态运行特性进行分析。从仿真模型的稳态运行结果可以看出,储能系统可以稳定的建立直流母线电压,各端口高压侧的直流电压稳定,各DCT的输出功率与设置的功率基本相同。负荷侧的AWE电解槽和PEM电解槽供电电源稳定,且纹波系数可以控制在0.1%以下,完全满足电解槽对供电电源的要求。

基于DAB的直流变压器潮流建模与计算

以双有源全桥(Dual Active Bridge,DAB)变换器为基础构成的直流变压器优势显著,在未来多电压等级的直流配电网中具有广泛的应用前景。现有研究缺乏直流变压器的潮流建模和等值电路模型。文中推导了DAB在输入串联输出并联(Input-Series Output-Parallel,ISOP)结构下的直流变压器稳态数学模型,分析了移相比在直流配电网潮流计算中的作用。针对多个直流变压器潮流求解时间长的问题,推导出π型等值电路模型,并基于此提出了边缘优先和模型等效的方法,能够快速、准确地计算含多个直流变压器的多电压等级直流配电网潮流,大大缩短了潮流求解的时间。利用修改后的IEEE 14节点直流配电网验证了所提模型和方法的正确性和有效性。

基于SRDAB DC-DC变换器的直流变压器控制

采用当前方法对DC-DC变换器的直流变压器进行控制时,控制效率低、抗扰性差、损耗检测误差大。为解决存在的问题,提出一种基于SRDAB DC-DC变换器的直流变压器控制方法。通过分析基于串联谐振型双主动全桥(SRDAB)的DC-DC变换器在运行过程中产生的半导体器件暂态损耗、半导体器件通态损耗、变压器一般损耗等各类损耗,以此计算变换器在工作过程中的总损耗。将损耗最小作为目标,建立变换器的直流变压器控制模型,并设置相关约束条件,采用遗传算法对直流变压器控制模型进行求解,完成直流变压器的控制。实验结果表明,所提方法效率高、抗扰性好、损耗检测误差小,实际应用效果好。