Input-parallel output-parallel configuration of boost half bridge DC-DC converter with control strategy

The concept of connecting two boost half bridge DC-DC converter modules in input-paral- lel output-parallel configuration is presented. The input-parallel-output-parallel （IPOP） converter consists of multiple boost half bridge （BHB） DC-DC converter modules which are connected in par- allel at the input and output side. This kind of converter is an attractive solution for high power ap- plications. The correlation between input current sharing （ICS） and output current sharing （OCS） of the IPOP converter basic modules is described. Two loop control strategies, consisting of input cur- rent loop and output voltage loop, have been developed to achieve equal ICS and OCS in this present work. The control strategy for the IPOP configuration of boost haft bridge DC-DC converter has been verified for different load conditions （half load and full load）, The IPOP system proposed here is comprising of two modules but it can be extended to three or more. The performance of the pro- posed system along with the control strategy is verified by simulation in MATLAB using Simpower tool. Finally the satisfactory simulation results are obtained.

Input series out putparallel based multi-modular boost half bridge DC-DC converter with a dynamic control scheme

Multi-modular system plays an important role in power system architecture because low voltage and low power converters can be connected in any combination parallel or series at input/ output side in order to obtained any given power system specifications. Multi-modular boost haft bridge DC-DC converter in the configuration of input series output parallel has been investigated in this paper. The boost half bridge DC-DC converters are connected in input series output parallel con- figuration in order to achieve equal input voltage sharing and output current sharing between the con- verters. This can be achieved with the help of dynamic control scheme which consists of two loops, a voltage loop and a current loop, for each module. Dynamic behavior of multi-modular converter configuration has been observe by varying the load condition. Moreover, the results obtained through multi-modular converter describe that the system has good dynamic and steady state response. Al- though two converter modules are focused in this paper but it can be modified to any number of modules.

IPOP型双有源桥变换器均流控制方法研究

为提高双有源全桥变换器的功率容量,各种模块化组合方式被相继提出。基于输入并联输出并联的模块化组合方式,首先建立了变换器的降阶小信号模型,然后分析了变换器相与相间的均流原理并给出了变换器的相固有参数估算方法和并联均流控制策略,最后基于仿真模型对所提出的控制方法的合理性和正确性进行了验证。

基于遗传算法的多模块IPOP双有源全桥DC-DC变换器总电流有效值优化策略

单模块双有源全桥DC-DC变换器,可通过最优移相策略来保证电流有效值最优。然而,当多模块并联运行时,由于模块间电气量无法完全匹配一致,不同模块间的电流有效值特性将有所差异,导致传统的均功率控制无法做到总效率最优。基于此,该文提出一种基于遗传算法的多模块输入并联输出并联(IPOP)双有源全桥DC-DC变换器总电流有效值优化策略。首先,该文结合遗传算法对单模块双有源全桥变换器的电流有效值特性进行分析与优化,该算法集成了单、双、三重移相控制的优势,同时可自然实现三种移相策略的无缝过渡。其次,针对输入输出并联的多模块变换器系统,提出一种基于离线计算在线查表,总电感电流有效值最优的控制策略。不同于传统的均功率控制方法,该策略可根据模块间辅助电感的差异化对总功率进行优化分配,以实现系统的总电感电流有效值最优。最后,搭建一台基于碳化硅器件的8 kW/100 kHz三模块并联样机对优化控制策略进行验证,实验表明,基于优化控制策略,样机峰值效率可达98.8%,与传统均功率控制策略进行对比,在降压和升压工况下,平均效率分别提升了1.2%和0.84%,验证了该文所提控制策略的有效性。

单相无桥功率因数校正变换器拓扑族推演回顾与性能分类总结

随着多种节能标准与低碳政策的实施,单相无桥功率因数校正(power factor correction,PFC)拓扑受到更多关注。目前,虽然多种无桥拓扑已被提出并被应用于不同应用场合,但尚未有文献系统地概述这类无桥PFC拓扑结构特点并开展拓扑性能分析。该文通过将双变换单元进行输入并联输出并联(input-parallel output-parallel,IPOP)、输入并联输出串联(input-parallel output-series,IPOS),提出无桥拓扑族系统推演方法以及无桥拓扑IPOP与IPOS的分类。同时,以6种变换单元为例,推演28种无桥拓扑并作相关拓扑概述,说明无桥拓扑族系统推演方法的普适性。其次,通过对称性与对偶性,进一步简化无桥拓扑族的器件数量。然后,筛选出12种主要无桥拓扑与传统有桥拓扑比较,并分别介绍12种无桥拓扑性能特点。最后,基于性能对比结果,归纳IPOS与IPOP两类拓扑的优缺点与适用场景。

基于改进下垂控制的多模块谐振变换器均衡控制策略研究

当前,光伏、海上风电等新能源场站的直流汇流应用得到越来越多的关注,在新能源发电低压输入中高压汇流输出的场合,为了提升直流输电电压并进一步减小器件应力,多采用输入并联输出串联(IPOS)结构。虽然这种模块化串并联结构有着许多优势,但由于模块间器件参数误差,导致各模块存在电压电流不均衡的问题,影响整个功率变换系统的稳定运行。为此提出了面向直流汇流应用的IPOS多模块谐振变换器的改进下垂控制均衡方法,各模块间无需加入通信就实现各模块的输出电压和功率的完全均衡,改进了传统下垂控制电压与参考值不符的问题,并进一步提升了系统的动态响应性能。基于该控制方式,搭建了三路模块化IPOS谐振变换器原理样机,通过实验验证了所提改进下垂控制方法对IPOS系统的均衡效果。

低冗余高可靠模块化输入并联输出串联电源系统及其控制方法

为了使输入并联输出串联电源系统同时具备模块级和系统级冗余能力,提出低冗余高可靠超宽电压范围电路结构及其控制方法。基于两级式电路和多模块串并联实现电源系统超宽电压输出,通过模块级部分子电路冗余设计,实现模块级和系统级N+X双重冗余,使得功率模块部分失效或多个模块全部失效时系统仍具有全电压、全功率输出能力。进一步提出模块化电源系统的分布-集中混合式控制策略,分布式自主控制保证了模块间应力均衡、并使得输出电压在目标值范围内,集中控制确保总输出电压精度。该文详细分析所提电路结构及其控制策略的原理、特性和实现方案,并通过0~1000 V/50 kW输出电源系统实验,验证了所提方案的有效性。

原边绕组分组连接的IPOP型LLC谐振变换器均流方式

输入并联输出并联IPOP(input parallel output parallel)型LLC谐振变换器由于谐振元件的参数偏差,导致各相所分配到的等效负载不均匀,进而造成不均流现象。对此提出一种将变压器的原边绕组分组连接的方式,实现了各相负载电流的平均分配。采用基波近似法对该方式的均流原理进行分析,给出谐振参数的偏差与负载电流不平衡度之间的关系。采用四组数据进行仿真计算对比,在谐振电感和谐振电容偏差10%的情况下,传统两相并联LLC谐振变换器不均流度高达99.1%,而新结构实现了负载电流平衡。搭建了输出功率为960 W的两相并联LLC谐振变换器实验样机,验证了原边绕组分组连接方式的有效性。

具备低电压穿越能力的自均压型混合直流变换器研究

输入串联输出并联型(input-series output-parallel,ISOP)直流变换器广泛应用于能源互联网中的直流电网场景,其关键问题在于解决系统模块间输入电压不均衡。为此,结合谐振型和移相型双有源桥(dual active bridge,DAB)变换器,提出一种具备自适应均压能力的混合型模块化ISOP型直流变换器,系统同时具备谐振型DAB的高效率和移相型DAB的灵活控制能力。通过在DAB源端的滞后桥臂中点增设无源的LC谐振支路,该谐振支路与相邻子模块的2个半桥模块共同构成非隔离型双有源半桥,以此来实现系统输入电压的自适应均衡。此外,提出一种低电压穿越(low voltage ride-through,LVRT)方法,在DAB前端连接电压调整模块,模块内部的高频变压器的副边串联电感,当系统输入输出侧发生电压跌落时具备故障穿越的能力,提高系统的暂态可控性。最后,在MATLAB/SIMULINK环境下搭建模型进行验证,可以证明系统的自适应均压性能及故障穿越方法的有效性。

基于并行小波算法的多模态数据近似匹配模型构建

针对近似匹配过程易受数据冗余性、异构成分等的影响,提出了基于并行小波算法的多模态数据近似匹配模型。该模型首先采用并行小波算法剔除多模态数据中的噪声,避免噪声对匹配过程产生影响;其次采用张量分解的聚类算法将不同相似度的数据划分到不同类簇中,以消除不同类簇的数据差异度;最后将预处理后的数据输入到基于空间方向近似性的数据匹配模型中,通过计算参考数据与待匹配数据之间的空间方向近似度、编辑距离完成多模态数据的近似匹配。实验结果表明,所提方法的匹配查准率高、查全率高、匹配时间短。

多变换器模块ISOP系统及其均压均流控制

为降低开关管的电压应力,提出基于Boost+LLC谐振变换器的多变换器模块输入串联输出并联(ISOP)系统,其中Boost变换器用来调节输出电压,LLC谐振变换器用来实现输入输出电气隔离和电压匹配。详细分析了ISOP系统均压均流特性,给出了系统控制策略及关键电路参数设计方法,在无需增加额外措施的条件下,自动实现了ISOP系统的输入均压和输出均流,且其均压效果受模块参数不一致影响较小。最后,研制了一台由两个6 kW Boost+LLC谐振变换器组成的ISOP系统原理样机,实验结果证明了理论分析的正确性。

考虑电流应力优化的ISOP-DAB变换器扰动均压控制策略

针对输入串联输出并联双有源桥(dual active bridge,DAB)变换器子模块内部参数不匹配导致的功率不平衡,以及单移相(single phase shift,SPS)控制下变换器工作效率低的问题,该文基于拓展移相(extended phase shift,EPS)控制提出一种扰动均压(disturbance voltage sharing,DVS)控制策略。通过建立EPS控制下的电流应力解析模型,求解最优电流应力对应下的内外移相比组合。进一步,设计逐级扰动方案,通过扰动模块的外移相比,对各模块内部参数失配时的输入电压进行补偿。DVS控制策略在实现串并联模块间功率平衡的前提下,降低变换器电流应力,从而提升变换器的工作效率。此外,由于无需在每个控制环路中增设输入电压传感器,系统结构更为简化,硬件成本更低。最后,通过仿真和实验验证了所提控制策略的正确性和有效性。

基于输入并联输出串联的高效高升压比DC-DC变换器

随着新型可再生能源的快速发展,对高效、高升压比DC-DC变换器的需求日益增加。传统两级级联式结构中,前后两级均需传递全部功率,不利于系统效率的提升。为此,该文提出一种基于输入并联输出串联(IPOS)连接的上下堆叠式高升压比直流变换器,系统的上部分变换器工作在直流变压器(DCX)状态,实现恒电压比传输,处理大部分功率,通过对谐振点处的参数优化实现效率提升;下部分变换器则起到系统闭环动态调压的作用,传输小部分功率。该文详细介绍所提出结构的工作原理、参数设计以及平面变压器的优化设计,并搭建24~32 V/400 V、额定功率200 W、开关频率1 MHz的实验样机验证了理论分析的正确性,所搭建样机峰值测试效率高达96.3%。

一种输入串联输出并联双有源桥变换器输入电压自平衡结构

输入串联输出并联(inputseriesoutputparallel,ISOP)双有源桥(dualactivebridge,DAB)变换器的输入均压(input voltage sharing,IVS)主动控制策略存在控制系统复杂和传感器数量较多的问题。相反地,无源调控方法的控制系统简单,因而具有明显的优势。基于无源均压思想,提出一种适用于共占空比控制的基于耦合电容的ISOP-DAB变换器的输入电压自平衡拓扑结构,通过耦合电容使得子模块的高频链环节产生电气耦合,从而实现子模块输入电压的均衡。进一步,给出含有耦合电容的ISOP-DAB变换器的简化等效电路,并进行理论分析与推导,得到子模块输入母线电压偏差及耦合电容电流与变换器硬件参数的关系。理论计算表明该拓扑在子模块参数存在较大的偏差时仍然具有较好的IVS能力。最后,仿真和实验结果验证该拓扑的可行性和有效性。

直流高压ISOP型多电平逆变拓扑控制及对比分析

在输入直流电压较高的场合,考虑到逆变器的功率开关管耐压能力有限,采用了一种输入串联输出并联(ISOP)逆变器拓扑,由两个单相全桥逆变器模块组成,在输入均压控制下可以均分输入直流电压,使功率开关管只承受输入直流电压的1/2,并在载波移相正弦脉宽调制(SPWM)方式下输出电平数增加,从而可以降低输出电压的THD。此外,在谐波、扩展性等方面对比ISOP逆变器和有源中点钳位(ANPC)三电平逆变器,指出ISOP逆变器的优越性。最后进行了仿真验证。

光伏直流升压系统中级联DC/DC变流器的均流/均压控制策略

输入并联输出串联级联DC/DC变流器可减小开关器件承受的电流/电压应力,适用于低电压输入高电压输出的光伏直流升压系统。为了保证级联变流器的稳定工作,必须确保各模块的输出电压均衡。分析统一占空比控制策略的缺点,提出采用均流型MPPT控制策略实现输出均压和光伏模块的最大功率跟踪,针对均流型MPPT控制策略在光照强度发生变化时的暂态特性的不足提出在均流环的基础上叠加输出电压环的均流均压型MPPT控制策略,以改善系统的动态均压能力。并提出光伏直流升压系统中输入并联输出串联级联DC/DC变流器的模块化设计结构。仿真结果验证了该方法的有效性。

基于多谐振变换器模块的电力电子直流变压器

研究了一种将CLLLC谐振变换器作为子模块(SM)的输入串联输出并联(ISOP)结构的双向隔离DC/DC电力电子变压器系统,以实现高压直流母线到低压直流母线的隔离变换。首先分析了单模块CLLLC谐振变换器的工作原理和增益特性,然后针对基于多CLLLC变换器模块的ISOP系统功率分配不均问题,分析了谐振参数差异对ISOP系统功率分配的影响,并给出了系统正反向运行功率均衡分配的控制策略。最后在1 kW样机上进行了实验研究,分别从软开关实现、动态响应以及功率平衡效果等3个方面对所提理论分析与控制策略有效性进行了实验验证。

母管制多除氧器并列运行的水位控制方法研究

针对母管制多除氧器并列运行时,因除氧器水位多输入多输出、强耦合性的特点导致除氧器水位长期无法投入自动的问题,设计了一种全新的母管制多除氧器并列运行的水位控制方法。阐述了该方法的设计思路及实现方式,给出了逻辑设计图。根据机组运行常见工况,进行了实际最高水位高于设定水位、所有实际水位小于设定水位以及水位设定值阶跃扰动三类试验,全面考验了除氧器水位的控制效果。试验结果表明:在机组各种运行工况下除氧器水位自动长期投入。试验结果充分验证了该控制方法具有较高的灵活性和较强的适应性。该控制方法成功应用于某四台50 MW级抽汽背压式供热燃煤机组,能够为同类型多除氧器并列运行的机组提供参考。

基于IDC配电系统的直流变压器拓扑及其控制方法的研究

直流变压器是互联网数据中心(Internet Data Center,IDC)配电系统的重要单元,其技术水平影响着整个IDC配电系统的运营水平。以逻辑链路控制(Logical Link Control,LLC)谐振变换器为基础单元模块,以输入串联、输出并联为拓扑结构,设计了一款基于IDC配电系统的直流变压器。首先介绍了直流变压器系统的拓扑结构,并分析了其均压均流特性;其次又提出了一种三环控制策略,主要对直流变压器系统进行均压均流控制,该策略可以使系统稳定输出额定电压,并使系统具有良好的均压均流效果;最后设计一款10 kV/400 V的直流变压器系统,实验表明该系统运行效果良好,具有较高的稳定性和调节能力。

高效率高增益Boost-Flyback直流变换器

提出一种基于Boost拓扑与反激拓扑有机组合思想的Boost-Flyback变换器,Boost环节与反激环节共用输入支路,使电感–变压器的漏感能量得以利用,消除了漏感损耗,并实现了开关管电压钳位,减小了开关管电压应力;Boost与反激环节的输出支路串联,实现了高电压增益;Boost-Flyback变换器输入并联输出串联,进一步提高了变换器的电压增益,同时减小了输入输出电压及电流纹波。提出新拓扑的DCM-ZVS工作模式控制方法,并在开环方式下实现了输出功率的控制。详细分析拓扑的工作原理、电压增益特性及控制方法。通过230 W 30 V/380 V的实验样机验证理论分析的有效性。