An Active Inrush Current Limiter Based on SCR Phase Shift Control for EV Charging Systems

This article gives an overview of the main passive solutions and active techniques, based on AC switches to limit inrush currents in medium power AC-DC converters （up to 3.7 kW） for electric vehicle charging systems. In particular, a strategy, based on SCR （silicon controlled rectifier） phase, shift control in a mixed rectifier bridge with diodes and thyristors, is proposed. The challenge is to help designers optimize the triggering delay of SCRs to both limit the peak value of inrush current spikes and optimize the charge duration of the DC-link capacitor. A mathematical model （Mathcad engineering tool） has been defined to point out, the interest of a variable triggering delay to control SCRs to meet the expectations described previously. Experimental measurements using an industrial evaluation board of the AC-DC converter demonstrate the robustness of the method.

One step to generate quantum controlled phase-shift gate using a trapped ion

This paper presents a very simple scheme for generating quantum controlled phase-shift gate with only one step by using the two vibrational modes of a trapped ion as the two qubits. The scheme couples two vibration degrees of freedom coupled with a suitable chosen laser excitation via the ionic states.

Study of the EAST Fast Control Power Supply Based on Carrier Phase-Shift PWM

EAST （experimental advanced superconducting tokamak） fast control power supply is a high-capacity single-phase AC/DC/AC inverter power supply, which traces the displacement signal of plasma, and excites coils in a vacuum vessel to produce a magnetic field that realizes plasma stabilization. To meet the requirements of a large current and fast response, the multi- ple structure of the carrier phase-shift three-level inverter is presented, which realizes parallelled multi-inverters, raises the equivalent switching frequency of the inverters and improves the per- formance of output waves. In this work the design scheme is analyzed, and the output harmonic characteristic of parallel inverters is studied. The simulation and experimental results confirm that the scheme and control strategy is valid. The power supply system can supply a large current, and has a perfect performance on harmonic features as well as the ability of a fast response.

Analysis of a novel phase-shifted soft switch converter

In this paper, on the basis of the phase shifted controlled zero voltage switch (ZVS) full bridge converter with pulse width modulation (PWM), a novel zero voltage and zero current switch (ZVZCS) PWM converter using a simple auxiliary circuit was designed. The ZVZCS soft switch is achieved by the resonance among the resisting electromagnetic deflection capacitor, the capacitor of the simple auxiliary network and the leakage inductor of transformer. There are no dissipation devices of the saturation inductor and the auxiliary switch in the converter, meantime the capacitor of the auxiliary circuit is also used to clamp the voltage of the rectifier, and there is no additional clamped circuit. There is no big circulating current in the converter, all the active and passive devices work on the condition of the low current and voltage stress, and the proposed converter has wide load range and small duty loss.

单相级联型多电平变换器直流纹波电压分析及抑制策略

级联H桥型多电平变换器采用移相变压器+整流供电时具有功率因数高、输出电压谐波含量低等优点,在大功率工业领域范围内得到了广泛应用。传统的调制算法都以假设直流母线电压恒定为前提,然而在直流侧会出现低频纹波并被调制和传输到负载,导致输出电压波形畸变。目的为了探讨级联H桥单元供电侧存在大量直流纹波电压导致输出负载电压波形畸变的问题,方法本文首先采用双重傅里叶理论分析直流纹波电压,在此基础上引入一种直流纹波前馈补偿策略,通过测量每个级联H桥的直流侧实际输入电压除以电压基准值并与传统载波信号相乘,进而与调制电压进行载波移相调制;同时采用矢量控制,通过FFT变换虚拟出无功电压,以获得更快的收敛速度、更高的稳定性和更小的振荡。结果仿真和实验结果表明,所提调制算法和控制策略可有效抑制负载电压中的低次谐波,减小输出电压波形畸变,实现逆变电源的快速动态响应和无稳态误差控制。结论实验结果验证了本文所采用的调制策略和控制策略的可行性与合理性。

串并联型海上风电场机组均压控制

针对串联型风机簇产生弃风的问题,在直流侧添加基于超级电容的储能单元,并在串联簇中设置一台参考机组,通过控制双向DC/DC变换器的吸收、释放电能,使同串联簇中除参考机组之外的其他机组向直流汇集母线上输出的功率相同,使直流风机风电功率和风机出口电压一致,实现基于超级电容储能的直流机组的均压控制,以此减少直流风机串联簇各机组间的风电功率差,降低弃风率。针对传统两相DC/DC变换器电感电流纹波大,两相电流不均衡等问题,采用了一种移相均流控制策略。最后,在Matlab/Simulink搭建了仿真模型,仿真结果验证了所提出的策略的有效性。

双芯移相变压器在主动配电网电压和潮流调控中的应用分析

双芯移相变压器可以有效控制线路电压和潮流,优化潮流分布,提高电网电能质量。针对分布式电源的高比例接入造成的主动配电网电压波动和偏差问题,以及对潮流大小、方向和均衡度的影响,文章研究了双芯移相变压器的拓扑结构和工作原理;然后分析了串联变压器和励磁变压器的具体结构和作用,梳理了移相变压器分别应用于电压调节和潮流控制时的档位控制策略;最后基于MATLAB/Simulink建立了详细的仿真模型,研究了双芯移相变压器的电压调节效果,并对双线路并联、两路电源并联供电、多路电源并联供电三种应用场景下的潮流控制效果作了比较。仿真结果表明,双芯移相变压器可以在有限的档位内将线路电压控制在允许范围;与双线路并联、多路电源并联供电应用场景相比,两路电源并联供电时的潮流均衡效果最好,潮流偏差最小,本研究为双芯移相变压器的广泛应用提供了参考。

三重移相控制的DAB变换器多目标统一优化控制策略

针对双有源桥变换器存在电流应力大、全部开关管软开关实现困难以及动态响应慢的问题,提出1种基于三重移相控制的多目标统一优化控制策略。分析三重移相控制正向功率流的全局模式,选出其中3种高效率模式并建立电流应力和软开关解析模型。结合模型,采用成本函数优化方程推导不同模式下的最优移相比组合和最小电流应力,使开关管运行在零电压开关功率约束范围内。同时在效率优化过程中引入虚拟功率分量,构建小信号模型并阐明不同状态变量的小扰动对输出电压的影响较小。实验结果表明,所提控制策略可以在全功率范围内降低双有源桥变换器的电流应力且使所有开关管实现零电压开通,同时还能够提高输出电压的动态性能。

双有源桥变换器双移相控制动态特性优化方法

为了提高双移相控制的双有源桥DAB(dual active bridge)变换器负载切换的动态响应性能及减小电流应力,研究了1种改进型双移相NDPS(novel dual phase shift)控制方法,通过改变传统双移相TDPS(traditional dual phase shift)控制内移相角移动方向,重构了传输功率与移相比的关系,增大了移相比调节范围。研究了电流应力最小化条件下双移相控制最优移相比的求解方法,对比分析NDPS与TDPS控制方式负载切换时的动态响应特性。最后搭建了DAB变换器实验平台对理论分析进行实验验证,实验结果表明,轻载条件下,基于电流应力最小化方法得到的最优移相比组合可以有效减小电流应力,同时NDPS比TDPS控制方式有更好的动态响应特性。

DAB储能变换器双闭环模型预测控制与PI补偿控制策略研究

针对直流微电网中分布式电源输入输出功率不稳定造成的直流母线电压波动问题,鉴于双有源桥(DAB)储能变换器具有能量双向流动的特点,提出一种基于内模原理的双闭环模型预测控制策略。在分析DAB变换器扩展移相调制原理与特性基础上,重点研究电压外环和电流内环的模型预测控制策略。针对模型预测控制性能依赖电路参数准确度问题,分别从电路主要参数失配对功率传输和直流母线稳压的影响两个角度出发,深入分析模型参数敏感度。最终设置直流母线电压稳态误差灵敏度区,在误差灵敏度区外仅采用双闭环模型预测控制以保证系统的动态响应性能,在误差灵敏度区内采用双闭环模型预测控制和PI补偿控制以消除系统稳态误差。搭建实验平台进行实验验证,结果表明:在系统受到扰动时,DAB储能变换器可实现快速地充放电对系统进行补偿,混合控制策略可快速保持母线电压的稳定,实现系统功率均衡,增强系统抗扰能力。

固态变压器中隔离双向DC/DC变换器扩展移相下虚拟电流控制策略

该文以固态变压器后级隔离双向DC/DC变换器为重点研究对象,提出一种扩展移相下虚拟电流控制策略。通过分析后级变换器在扩展移相传输功率下相移量关系以获得最小电流应力最优解来提高变换器的传输效率,减少器件损耗。同时通过虚拟电流控制思想在线估算传输功率来提高系统动态响应性能,减少电流传感器使用。最后,对该文所提出的扩展移相下虚拟电流控制与扩展移相控制进行实验对比分析,验证了扩展移相下虚拟电流控制策略具有降低电流应力,显著提高变换器的动态响应的优点。

高频链AC-DC矩阵变换器的变控制频率软开关调制策略

针对高频链AC-DC矩阵变换器的高效率要求,提出了一种变控制频率软开关调制策略。该调制策略在基于零矢量嵌入的分段同步控制策略基础上,以单控制周期平均功率不变为原则,通过改变控制周期长度,并调整一个控制周期内的电压矢量排布,优化脉冲宽度,使变换器在换流时全部开关器件的零电压开通成为可能。通过仿真分析和实验证明,采用本文提出的变控制频率调制策略,变换器在整流和逆变模式下,均可实现网侧电流三相平衡正弦,功率因数达到0.981,输出电压纹波小,最高效率达到96.9%,实现了高性能、高效率运行。

三有源桥DC-DC变换器广义状态空间平均模型及控制策略研究

基于移相加占空比控制策略的三有源桥TAB(triple active bridge)DC-DC变换器具有效率高和软开关范围可扩展等优点,但其小信号建模过程复杂、闭环控制环路参数整定困难。针对该问题,提出1种TAB工作在移相加占空比控制下的全阶连续广义状态平均建模和PI控制器设计方法。首先,分析TAB的运行原理和Y型等效结构;然后,结合移相加占空比控制的特点和交流方波源等效方法,推导出TAB的广义状态空间平均模型;接着,在推得模型的基础上求得输入到输出的传递函数,设计出PI控制器参数。最后,结合数字仿真及样机实验验证了所提方法的正确性及有效性。

基于单相双旋转移相变压器的高速铁路系统负序补偿方法

针对高速铁路供电系统在高压电网引起的负序问题,该文参考旋转潮流控制器(RPFC)和静止无功补偿器(SVG)结构,提出一种基于单相双旋转移相变压器(S-DRPST)的新型负序补偿拓扑。首先,分析S-DRPST的工作原理并建立其稳态电压源模型。其次,在V/x牵引供电系统应用场景下,提出S-DRPST的负序电流补偿方法,即根据供电臂负载功率计算所需补偿电流表达式,进而得到两台S-DRPST输出电压幅值与相位,通过调节移相角大小实现电网侧电流的平衡。在此基础上,对单台S-DRPST移相角控制进行设计,补偿设备投入前利用柔性合环减小对牵引网的冲击,投入后采取移相角协调变速控制,使得移相角在接近设定值时降低转速,同时根据角度偏差协调转速控制,从而抑制输出电压振荡现象。最后,利用Matlab/Simulink软件搭建牵引供电系统进行仿真验证,在合环场景下将S-DRPST柔性投入牵引网,仅a相供电臂带负载的情况下,电压不平衡度从4.81%降低到了0.05%,在计及供电臂制动状态时不同工况的不平衡电压均被控制在0.1%以下,在牵引负载快速连续变化下S-DRPST能及时响应补偿负序电流,结果表明S-DRPST在高速铁路供电系统中具有良好的负序补偿效果。

定频移相控制六开关双谐振变换器研究

针对传统频率控制的LLC谐振变换器在宽电压应用中电压调节性能差且循环电流较大的问题,设计一种六开关双谐振LLC变换器。该变换器由2个全桥LLC谐振变换器共用1个桥臂混合组成。相较于传统的频率控制,该变换器采用定频移相控制调节输出电压,减小开关频率范围。根据2个变压器连接方式的不同,变换器有2种拓扑形态。当2个变压器顺极性串联时,变换器的增益范围为0~1,可以实现超宽输出电压;当2个变压器反极性串联时,变换器的增益范围为1~2,在工作过程中具有较小的环流损耗。2种拓扑形态下,原边开关管和副边二极管分别实现ZVS开通和ZCS关断。最后,通过Simulink仿真和实验验证了研究内容的有效性。

CLLLC谐振变换器的分级寻优模型预测控制

针对CLLLC谐振变换器提出了一种基于分级寻优模型预测的混合控制策略。通过结合变频控制与移相控制的优点,在实现软开关的同时,能拓宽变换器的电压增益范围。该策略不仅减小了普通有限集模型预测控制(MPC)策略的计算量,还改善了PI控制存在的电压超调大和动态响应慢的问题,在稳态性能相近的情况下提升了变换器系统的动态性能。最后通过Matlab/Simulink仿真和实验证明了分级寻优MPC策略的有效性。

双重移相控制下双有源桥变换器最小回流功率全局优化控制

双有源桥(dual-active-bridge,DAB)DC-DC变换器通常用于能量转换。然而,传统的单移相控制使得变换器在输入电压和输出电压不匹配时产生较大的回流功率,特别是轻载情况下该现象更为严重。现有基于双重移相控制(dualphase-shift,DPS)的回流功率优化策略,尚未考虑全功率范围内的回流功率,也缺乏对所有工作模式下最小回流功率的研究。为此,该文提出一种考虑全功率范围、全工作模式的DPS最优控制策略。首先,详细阐述回流功率产生的机理,建立了不同工作模式的传输功率和回流功率数学模型。然后,计及不同工作模式的功率限值,将DPS控制的传输功率分成不同的功率区。在此基础上,提出了一种基于最小回流功率的DPS最优控制策略,通过分析不同工作模式下的优化路径获得各个功率区的最优移相角,进而提升DAB变换器的传输效率。最后,搭建实验平台验证所提最小回流功率控制策略的可行性。

无线电能传输系统恒流输出控制方法研究

此处提出了一种发射端控制的无线电能传输(WPT)系统输出恒流调节方法。该方法无需在接收端增加传感器和无线通信装置,即可实现对系统输出电流的调节,因此,能够减小接收端体积和重量。首先,建立WPT系统等效电路模型,考虑整流电路等效输入阻抗的电阻和电感分量,推导得到发射端电压/电流与负载电流之间的量化关系;然后,采集发射端并联电容电压有效值和输入直流电流值,并通过逆变器移相控制,实现系统恒流输出;最后,搭建WPT实验台架,实验结果表明:在变负载工况下,恒流控制精度在3%以内,动态调节时间小于200ms,从而实现了负载电流快速、精准的调节。

基于双重移相的双向变换器优化控制策略

为解决双向DC-DC变换器(dual active bridge,DAB)采用单移相(single-phase-shift,SPS)控制产生的回流功率较高及动态性能较差的问题,提出一种采用双重移相(dual-phase-shift,DPS)控制下的最小回流功率算法与直接功率控制相结合的方法。首先对DPS控制下的基本原理及回流功率特性进行分析,并建立回流功率与移相比之间的数学关系,从而推导出各分段条件下回流功率在各阶段最小化的方案。其次在保证对变换器回流功率最小化的同时提出结合直接功率法来显著提高变换器的动态性能。最后通过MATLAB/Simulink中建立的仿真验证了上述控制策略的有效性。

基于序列二次规划算法的双有源桥变换器优化控制策略

针对双有源桥变换器在充电领域电路损耗大、传输效率低的问题,提出一种结合序列二次规划算法与双重移相控制实现回流功率优化的控制策略。首先,建立双有源桥变换器在双重移相控制时以回流功率最小值为目标函数的二次规划问题数学模型;然后,提出一种采用序列二次规划算法求解上述多约束、非线性的数学模型,在算法中输入目标、约束函数的雅可比矩阵和变换器的相关参数,通过迭代求解出满足双有源桥电路在双重移相控制下最优工况的目标参数;最后,通过仿真验证所提控制策略的有效性。