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。

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。

矩阵式隔离型双向AC-DC变换器控制策略

针对矩阵式隔离型双向AC-DC变换器,提出一种控制策略,即前级矩阵变换电路和后级全桥电路的调制策略以及矩阵变换器双向开关的换流方法。其中,前级矩阵变换电路的调制基于双线电压调制思路,对扇区进行重新划分,调整和优化开关状态选择,以满足简化换流需求,后级全桥电路根据前级矩阵变换电路的调制策略,配合前级调节脉冲宽度进行协调控制,双向开关换流采用基于交流电压相对大小的两步换流方法。仿真和实验结果表明,在整流和逆变模式下,矩阵式隔离型双向AC-DC变换器均能保证网侧电流正弦,功率因数接近于1,输出电压电流可以保持恒定。由此证明,提出的控制策略,可实现变换器能量双向变换,且输入输出性能优良。

井下照明电源的新型单级三相高频隔离AC/DC变换器设计

应用电力电子变压器可以实现煤矿井下660V/127V的电压变换,作为照明电源使用。为了简化电力电子变压器的结构,降低电路损耗,文章介绍了一种新型的单级三相高频隔离的AC/DC变换器及其控制方法———采用一个功率变换级同时完成PWM整流及高频隔离DC/DC变换,并且通过软件仿真验证了该拓扑结构的可行性。最后,在此基础上完成了小功率电路的样机实验及相关结论分析。结果表明,该变换器可以应用于煤矿井下照明电源的设计中。

基于移相全桥技术的PFC三相四线AC/DC变换器

基于全桥移相(PSFB)控制技术,提出一种可实现交流输入与直流输出隔离的三相四线AC/DC变换器。对基本结构进行了理论分析和实验验证。理论和实验表明该变换器有效提高功率因数,明显改善滞后臂的软开关。

输入不平衡下隔离型AC-DC矩阵变换器控制策略研究

为降低隔离型AC-DC矩阵变换器(Isolated AC-DC matrix converter,IAMC)在输入不平衡下网侧有功功率波动,以及抑制网侧LC滤波器的谐振,提出一种基于有源阻尼的无差拍直接功率控制策略。该策略利用网侧电流及其延迟分量来计算IAMC输入侧滤波器电容电压,省去了传统有源阻尼控制的高精度电压传感器,降低了硬件成本损耗,且无需进行旋转坐标变换以及锁相环,运算量较小。仿真结果表明:所提控制策略在输入电压不平衡工况下可有效抑制网侧电流谐波,降低系统无功功率直流分量,稳定系统输出的有功功率,且具有较好的动态性能。

一种新型单级无电解电容AC-DC高频隔离变换器

针对现有车载式充装置存在的大量电解电容影响变换器使用寿命的现象,提出了一种新型单级AC-DC高频隔离式无电解电容变换器。所提单级拓扑输入端无二极管整流桥,同时直流母线不存在电解电容。所提变换器拓扑单元中的两个全桥单元不仅可以实现功率因数矫正,而且可充当隔离式DC-DC变换器的初级侧电路。该结构可有效降低磁化电流的大小,从而减小变压器体积和减少多余的磁芯损耗。另外,该变换器可实现开关ZVS导通和ZCS关断。最后,通过搭建一台3 kW的实验样机,以验证所提变换器的有效性和可行性。

基于虚拟频率的隔离型双向AC/DC变换器最小电流应力控制策略

针对隔离型双向AC/DC变换器提出一种基于虚拟频率的最小电流应力控制策略。首先,分析了三重移相(triple phase shift,TPS)控制方法的开关特性,并设计了基于TPS的移相全桥最小电流应力控制算法。然后,针对输出功率与移相比呈非线性的特点,提出虚拟频率控制方法,该算法不仅可以将非线性控制简化为线性化,还可实现交直流变换器单级转换,有效减小中间母线电容,降低系统电流应力。最后,基于TMS320F28335的实验平台对所提出的控制策略进行了实验验证。实验结果表明,当功率双向传输时,所提控制策略能有效地减小变换器的电流应力。

高频隔离型AC-DC环节直流侧阻抗建模与稳定分析

为了解决高频隔离型AC-DC环节阻抗建模问题,提出一种电压源型变换器(voltage source converter, VSC)与LLC谐振变换器集成耦合设计成的高频隔离型AC-DC环节(voltage source converter cascade LLC resonant converter,VSC-LLC)直流侧小信号阻抗模型的建模方法,此方法首先结合在近似谐振点工作模式下LLC谐振变换器的恒增益电压钳位功能,实现单级统一控制策略,将VSC与LLC视为一级;在此基础上,结合基波近似法下LLC谐振变换器的4阶小信号模型,建立了VSC-LLC系统小信号模型,进而推导出直流侧阻抗模型,突破双级系统阻抗建模。最后基于Matlab/Simulink搭建VSC-LLC非线性时域仿真系统,仿真结果验证了所提VSC-LLC直流侧阻抗建模方法的正确性,并分析了电路参数和控制器参数对直流侧阻抗的影响,为基于高频隔离型AC-DC环节微电网的阻抗稳定性分析提供了理论基础。

单级高频隔离型三相双向AC/DC变换器研究综述

单级高频隔离型三相双向AC/DC变换器以单级式的结构可实现高频电气隔离、单位功率因数控制、双向电能传输和升降压变换,在微电网母线电压变换、储能装置功率变换等场合均具有重要的应用。文章基于电路拓扑、调制策略2个方面详述变换器的研究现状,分析各类拓扑和调制方法的工作原理和应用特点,总结拓扑结构机理和衍生方法,归纳考虑变压器伏秒平衡的空间矢量调制策略步骤。最后,从新型半导体器件的应用、软开关的实现和可靠性的提高3个方面对变换器的未来发展趋势进行展望。

低压直流高频隔离AC/DC变换器寿命评估

AC/DC变换器是联系交流配电系统与直流用电系统的重要纽带,实现交直流配用电的功率交换,其寿命对末端连续可靠用电起主导作用。基于物理失效的方法,多方面地综合考虑了变换器的任务剖面、环境温度和承受的电热应力,量化地评估低压直流高频隔离AC/DC变换器的寿命。解析了变换器可靠性机理,探明了其薄弱环节,并分析了冗余配置对变换器寿命的影响。最后,算例分析表明,无冗余配置时VIENNA整流器中二极管D1是高频隔离AC/DC变换器的最薄弱位置;配置1个冗余AC/DC模块变换器的寿命能提高2.35倍,此时薄弱环节转移为高频隔离DC/DC变换器输出侧直流支撑电容。

具有直流故障清除能力的MMC子模块关键性能研究

由于直流故障熄弧问题,柔性直流系统中、大容量直流断路器的商业应用尚不成熟。利用换流器自身实现直流故障自清除成为未来柔性直流系统直流故障隔离的主要手段。针对近年来国内外学者提出的各类具有直流故障自清除能力的模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)子模块,该文对其关键性能进行了详细的分析比较。通过理论计算,分析了各类子模块的故障隔离速度和交流源阻断能力,并通过仿真进行验证。此外,从投资成本和附加功率损耗两个角度,结合算例分析,对各类子模块的经济性进行了分析比较。所取得的研究成果能够为工程实际中换流器子模块的选择提供理论依据与参考。

基于移相全桥的三相四线PFC变换器的理论和实验

该文基于移相控制全桥技术,提出一种三相四线功率因数校正 AC/DC 变换器。把中线接到全桥的滞后臂,利用交流输入电感的能量改善全桥滞后臂的软开关,而不需要附加其他元器件,因而不引起占空比损失。该 boost 型变换器在较低应力下工作,因此更利于提高功率因数。输出有高频变压器隔离。利用二重 Fourier 级数分析了交流输入电流的频谱,设计了交流输入滤波器。制作了一台样机以验证理论分析。

混合式直流断路器的多路隔离驱动电源设计

驱动电源是保证混合式直流断路器稳定工作的关键设备之一。为此提出了一种新型的多路隔离驱动电源系统结构,驱动电源采用全桥LCL谐振网络保持电流输出特性,以高压电缆线和光纤作为电气隔离介质,通过磁环实现多路输出。分析了多路隔离驱动电源的系统结构中的各个模块作用以及全桥LCL谐振变换器的工作过程。设计了变压器和磁环、LCL滤波器参数。通过Simplorer和Maxwell仿真软件对多路隔离驱动电源进行了仿真研究,结果证明变换器可获得良好的恒流特性,输出更加稳定。最后搭建了一台每路输出3 W、0.6 A的多路隔离驱动电源的实验样机,验证了可行性和有效性。

具有交流源完全阻断能力的混合式MMC拓扑

在具有直流故障清除能力的多种模块化多电平换流器(MMC)子模块中,箝位双子模块投资成本和附加损耗最低,但是交流源阻断能力相对较弱;串联双子模块和增强自阻型子模块交流源阻断能力足够强,但是投资成本和附加损耗较大。结合不同类型子模块所具备的不同优势,设计了一种混合式MMC拓扑结构。以闭锁后交流源完全阻断为约束,以投资成本、附加损耗最低为目标,提出了子模块数量的混合配置原则。基于MATLAB/Simulink仿真平台搭建相应的基于不同子模块的柔性直流系统模型,通过大量的仿真测试验证了理论分析的正确性以及所设计的混合式MMC拓扑的可行性。

TAB变换器高频链交流电流峰值与有效值统一求解模型

三端口隔离DC-DC变换器(triple active bridge,TAB)作为新能源接入的一种积极探索与尝试,在分布式光伏接入、新能源汽车以及多电压等级直流用电需求等领域得到了广泛关注。由于开关管数量增多,TAB移相角及占空比的组合方式较双有源桥DC-DC变换器出现了成倍增加的现象,现有的分段线性计算方法在计算TAB高频链交流电流时呈现出更大的计算难度和计算复杂性。TAB的高频链电流计算是变换器电流应力、有效值等多个优化目标的首要求解步骤,为后续的优化运行提供基础。基于此,文中提出一种简易的TAB高频链交流电流统一求解模型,可以同时得到所有占空比及移相角组合方式下的交流电流极点值。根据所推导的交流电流极点值统一公式,给出TAB各端口高频链交流电流峰值及有效值的计算方法。最后搭建实验平台,验证该方法的可行性与有效性。

固体氧化物燃料电池发电系统模型建立及逆变器仿真研究

以固体氧化物燃料电池发电系统为研究对象,以释放变换器上电感能量,减少电容充电时间为目的,提出了在DC/DC变换器中增加一个反激式绕组。该反激式绕组的输出端、接地端分别与DC/DC变换器的输出端、输出接地端相连,构成输出回路,以释放输入电感启动时多余能量,保证输出直流母线电压的稳定性。逆变器输出电压控制采用模糊PID控制策略,可在固体氧化物燃料电池输出电压不稳定时,通过监测该系统的输出电压和给定电压差值,在线调整K_P、K_d、K_i控制输出量。该控制策略与传统PID控制策略进行了比较,比较结果证明其性能优于传统PID控制策略。采用Matlab软件搭建系统模型,固体氧化物燃料电池发电系统的仿真研究验证了以上的理论分析。

一种适用于FADEC系统的宽输入范围AC/DC变换器

针对航空发动机全权限数字电子控制（FADEC）系统专用发电机的输出特性,提出一种电流回馈型恒流变频AC/DC（交流/直流）变换技术,以适应专用发电机的宽输出范围,满足FADEC系统的供电需求.给出了该技术的控制策略、拓扑结构、工作原理、过压故障检测及保护设计方法.试验结果表明：该变换器工作稳定,在-55~125℃全温范围内,满足国家军用标准飞机供电特性（GJB181A）对电源的相关规定.研究成果已成功应用于某型航空发动机数字控制系统中,并通过了台架试车和飞行平台试验.

固体氧化物燃料电池发电系统逆变器研究

将燃料电池电堆输出的40 V直流低压电首先经过前级DC/DC变换器升压为400 V的高压直流电,后经全桥逆变器转换为220 V/50 Hz的交流电,分别对DC/DC变换器和全桥逆变器进行仿真分析,为燃料电池的应用研究提供了理论参考及借鉴。