宽增益高效率CLLLC变换器的变频双移相调制策略

在输入电压宽范围变化时,变频调制CLLLC变换器存在开关频率变化范围宽的问题,而移相调制CLLLC变换器难以实现宽范围零电压导通(ZVS)。为了实现宽输入电压CLLLC变换器的高效率,该文提出一种变频双移相调制方法。通过同时调节开关频率、一次侧全桥和二次侧全桥之间的移相角,拓宽CLLLC变换器的增益并提高其效率。采用时域分析法求解变频双移相调制CLLLC变换器的电压增益与谐振电感电流有效值,并分析频率以及移相角对电压增益和谐振电感电流有效值的影响。最后,通过搭建一台100~300 V输入、48 V/400 W输出的实验样机,验证了理论分析的正确性。

基于变频重构S/SP拓扑的无线电能传输系统恒流恒压研究

针对电动汽车无线充电系统耦合系数和负载变化导致系统输出电流和电压剧烈波动的问题,提出一种由交错叠放式线圈结构和变频重构控制策略组成的无线电能传输系统,通过重构补偿拓扑,并切换工作频率,实现了系统的恒流恒压输出。首先,分析了拓扑重构前后系统的恒流、恒压输出特性和零相角特性,对比恒流恒压工作模式下补偿电容的大小,给出了系统参数调整方法。其次,剖析了交错叠放式线圈结构模型,提出基于耦合系数波动最小原则的线圈结构优化策略。所提出的系统补偿元件较少,两个工作频率点符合国际标准。最后,搭建一套500 W的实验样机,验证系统的可行性和有效性。实验结果表明,交错叠放式线圈在X轴方向偏移发射线圈外径的55%(187mm)或Y轴方向偏移120mm时,耦合系数波动率小于5%。系统在恒流模式下电流波动率为3.58%,在恒压模式下电压波动率为4.83%,满足无线充电系统恒流恒压需求。

基于基准频率自适应谐波准谐振控制器的宽变频逆变电源控制研究

360~800 Hz宽变频交流电源系统是多电飞机电力系统的主要发展方向之一。为实现宽变频中频逆变电源在包括带整流型非线性负载等工况下的宽范围谐波抑制,保证其任意基准频率下的输出电压质量,提出一种基于频率基准自适应谐波准谐振控制器的控制策略。基于滤波电感电流反馈,设计了包含数字控制延迟补偿的有源阻尼方案,以抑制输出滤波器的谐振尖峰,对电压控制器的被控对象进行校正使系统得到简化;设计并采用积分与准比例谐振相结合的基波追踪控制器以消除基波频段的稳态误差;提出基准频率自适应的补偿角度设计方法以实现谐波准谐振控制在电压环控制带宽之外的谐波抑制。在理论分析的基础上,搭建了一台300~800 Hz/600 W单相逆变器样机并进行实验测试,结果表明,采用该控制策略的逆变器能够实现宽基波频段内任意基准频率下的宽范围谐波抑制,且具有良好的稳态和动态输出特性。

具有混合控制策略的宽输出双全桥LLC谐振变换器

针对宽输出电压范围应用中传统频率控制的LLC型谐振变换器存在开关频率调节范围宽、循环电流大及难实现高效运行等问题,提出1种具有定频移相-定频PWM混合控制策略的双全桥LLC型谐振变换器,以适用于较宽输出电压范围。其由2个全桥LLC型谐振变换器共用1个桥臂组合而成,输出电压通过定频移相-定频PWM混合控制进行调节,使该谐振变换器实现4倍电压增益范围以获得较宽输出电压,同时解决传统频率控制中循环电流过大及在移相控制移相角小时的软开关不能实现问题,提升系统效率。该转换器开关频率工作在谐振频率点,电压增益与负载无关且有助于磁性元件设计,在全负载范围内实现软开关。最后给出详细的电路工作原理分析并通过仿真进行验证,搭建实验平台验证了所提变换器的可行性和有效性。

双有源桥串联欠谐振变换器的最小回流电流控制

该文采用时域分析法对双有源桥串联欠谐振电路进行了分析,得到电感电流在稳态时的表达式并推导所有开关管实现软开关的条件。由于电压增益偏离1时仅采用移相控制难以实现所有开关管的软开关,因此,该文在传统移相控制的基础上,引入额外的变频控制策略,使得电路在不同的电压增益和负载条件下都能有较好的软开关性能。然而,软开关的实现会增加电路的回流电流,影响电路的传输效率。该文对所提出的变频移相控制进行了进一步的优化,使其可以在确保电路实现软开关的同时产生最小的回流电流和电感电流有效值。所提出的控制策略在一台2 kW的样机中进行了验证。

基于模糊控制的车辆线控转向变角传动比研究

为了提高线控转向车辆的操纵稳定性,文章首先在不同速域下对车辆响应进行研究,确定车辆稳态增益的变化特征。其次对不同方向盘输入频率的车辆响应进行分析,确定以转向输入频率为模式切换的阈值条件。然后对方向盘中位与“死区”的关系进行探究设计传动比的增量规律。最后,基于多因素的分析设计变结构传动比模糊控制器,并通过典型工况进行仿真研究。结果表明,在稳态回转试验工况下该策略在低车速下车辆转弯半径明显小于机械转向系统,并随着车速的提高横摆角速度响应降低但仍高于机械转向,这符合理想传动比的设计要求。同时在中间转向试验工况中,该策略下的车辆横向位移更小,符合在中间转向位置需要较大转向输入的预期。

基于双有源桥实际模型的软开关特性分析

随着储能技术的日新月异,作为储能系统与新能源系统的连接桥梁,双向DC-DC变换器近年来成为新能源技术的重点研究对象。针对双有源桥双向DC-DC变换器在实际应用中存在的软开关问题,对双有源桥双向DC-DC变换器实际模型进行分析,提出一种移相变频控制控制策略,该策略以开关频率为切入点,分析了开关频率对变换器软开关特性的影响,通过对开关频率的调节满足了变换器的软开关条件。最后设计一台输入280V,输出100V的1kW实验样机验证所提策略的正确性。

WPT系统线圈移动的零相角频率跟踪研究

在家用电器自主充电的无线电能传输(WPT)系统中,由于其难以每次移动到相同的位置,因此在初次级磁芯的相互影响下,线圈的自感会随着其相对位置的改变而发生变化,进而使得系统失谐、零相角(ZPA)频率漂移,最终影响系统的平稳运行。这里基于串联-串联(SS)型拓扑结构,提出了线圈移动条件下追踪ZPA频率的方法,通过对SS型拓扑结构的电路进行建模,推导了出现频率分裂现象(FSP)时系统ZPA对应的角频率,在Matlab仿真中建立电流相角和初级电流幅值的关系,并采用梯度下降(GD)算法分别在频率分裂是否发生两种情况下,对电流幅值的谷值和峰值进行追踪。实验结果表明:无论系统是否出现频率分裂,都可以实现ZPA频率的追踪。

自适应模糊PID的锚杆钻机钻臂摆角控制

针对传统锚杆钻机的钻臂摆角控制精度偏低,锚杆安装易发生偏差等不足,设计了自适应模糊PID的钻臂摆角控制方法。将钻臂摆角误差及误差变化率作为PID的输入,经模糊化、模糊推理和解模糊等处理步骤对PID参数进行实时整定,从而提高摆角控制的精度。Simulink仿真测试验证并对比传统PID控制,自适应模糊PID控制器对于钻机钻臂摆角控制动作精度更高,用时更短,负载突增情况下无超调情况,响应速度更快更精准,系统鲁棒性增强,对液压锚杆钻机钻臂摆角控制的研究有一定的指导意义。

单相中频逆变器中的双分数阶重复控制策略

当360~800 Hz单相变频逆变器调频时,输出频率大范围变化会使得系统采样频率与输出频率比值可能不为整数。传统重复控制器此时无法精确跟踪输入信号,输出存在较大的静差,最终会导致系统输出的电能质量变差。为此采用了一种基于有限脉冲响应(FIR)滤波器的分数阶重复控制的控制策略,该策略既能实现分数延迟也能应用到相位超前设计上,利用分数阶相位超前解决了控制系统相位超前校正精度不高的问题。给出了控制系统的结构对其进行了理论分析,也给出了控制器的设计思路。最后,在MATLAB/Simulink工具中搭建了仿真模型,将重复控制与双分数阶重复控制两种控制方案做了对比,结果表明:双分数阶重复控制系统输出稳态误差更小,输出波形质量更好。

隔离型AC-DC矩阵变换器最小电流应力控制方法

针对隔离型AC-DC矩阵变换器降低功率器件成本、提高效率和抑制电磁干扰等需求,提出了一种基于零矢量嵌入的移相策略的最小电流应力控制方法。基于移相策略深入研究了影响变换器电流应力的关键因素。建立了三维(3D)功率模型,从中求取等功率分布线,通过引入功率约束条件以及移相角范围,对电流应力在限定条件下采用序列二次寻优方法进行最小化寻优,得到使电流应力最小的最优移相比。仿真和实验结果表明,基于零矢量调制的移相调制策略可以实现前后级电路的协调控制,功率因数在0.96左右,直流侧输出电压和电流稳定且纹波小。因此,采用所提控制方法,在保证网侧和直流侧的基本性能的同时,实现了对变换器电流应力的最小化。

宽电压增益范围双向CLL谐振变换器研究

双向CLL谐振变换器在变频或移相控制下均为窄电压增益范围。为了实现双向CLL谐振变换器在开关频率小范围变化的同时具有宽电压增益范围,详细分析了变频和移相控制方式下双向CLL谐振变换器的工作原理、变频及移相控制的优缺点,提出了一种变频升压、移相降压的混合控制方法。在该控制策略下,不仅实现了变换器双向工作时稳定输出,还实现了良好的升降压能力和软开关特性。最后设计了一台500 W的实验样机验证混合控制下双向CLL谐振变换器的性能。实验结果验证了混合控制策略的可行性和变换器升降压能力的优越性。

含静止无功补偿装置的光伏电站高频谐振分析及抑制策略研究

光伏电站汇流网络的阻抗分布复杂,与静止无功发生装置(static var generator,SVG)及电网阻抗交互作用引发的高频谐振问题机理不明,且缺乏有效的高频谐振抑制措施,频发的高频谐振问题已威胁到了光伏并网系统的安全稳定运行。论文针对含静止无功装置的光伏电站高频谐振机理及其振荡抑制措施开展研究工作。首先,建立光伏电站统一阻抗模型,分析光伏电站中各装置阻抗的高频影响因素,并建立高频特征阻抗模型;然后,通过构建光伏电站的序阻抗网络,将光伏电站等效聚合为源–载阻抗系统,分析光伏电站高频谐振的形成机理及其影响因素;提出一种基于SVG高频阻抗重塑的光伏电站谐振抑制方法,通过SVG高频相角补偿实现光伏电站高频振荡的有效抑制,并给出参数整定方法;最后,采用RT-LAB控制硬件在环完成高频振荡机理分析及其抑制控制的实验验证。

基于扩展移相控制的高频DAB变换器ZVS控制方法

双有源桥(Dual Active Bridge,DAB)在需要高效能量双向流动的工作场景有广泛的应用。在高开关频率工作时,变换器开关器件结电容充放电时间无法忽略,导致扩展移相控制下DAB零电压开通(Zero Voltage Switching,ZVS)范围断续。通过分析扩展移相控制下双有源桥DC-DC变换器工作模态,建立高开关频率工况下DAB变换器数学模型,提出一种利用磁化电流扩宽ZVS范围的方法。在此基础上,结合电感电流应力优化算法,提出一种适用于高频工况应用的电流应力优化下的软开关控制策略。采用该控制策略,可以有效减小导通损耗,消除开关损耗,显著提升高开关频率下的变换器效率。搭建400 kHz实验样机,验证控制策略有效性。

基于移相和调频的单级双向AC-DC变换器临界电流调制策略

传统双有源桥单级AC-DC变换器的移相调制难以实现全范围软开关,开关管损耗大,效率难以进一步提高。针对此问题,该文提出一种基于临界电流模式(BCM)的调制策略,将移相和调频相结合,实现所有开关管的零电压开通,从而有效地降低了开通损耗。该文分析单级式双向AC-DC变换器的临界电流调制基本原理和软开关实现条件,并推导出软开关条件下的移相和频率数学表达式。搭建DC 48 V、AC 220 V、500 W实验样机,最高效率达到94%,通过实验验证该调制策略的有效性和正确性。

模块化并联逆变器基于单总线的相位同步方法

为了消除共交直流母线结构的模块化并联逆变器高频零序环流,同时避免模块投入时的冲击电流,文中提出一种基于单同步总线的基波和载波相位同步方法。首先,分析晶振频率偏差对模块化并联逆变器高频零序环流的影响;然后,构建一个基于或非逻辑的同步信号发生器电路。同步信号发生器通过综合各模块的输入信号,产生一个公共的工频同步信号,并在同步信号的上升沿实现对基波和载波相位的逐周期调节。文中详细地进行基波和载波相位同步控制器参数设计,分析延时时间对载波相位同步控制的影响,并提出一种开环载波相位补偿方法。最后,通过实验验证所提方法的有效性。

基于改进SOGI-FLL的旋转弹舵机滞后测试方法

针对旋转弹舵机滞后测试中存在的噪声及常值偏移问题,将2阶广义积分锁频环(SOGI-FLL)改进后应用于测试数据处理,以精确地得到舵机滞后角。舵机滞后角测试问题的本质是存在噪声及常值偏移下的正弦信号相位提取问题。通过在常规SOGI-FLL中引入常值偏移补偿回路,使其具有常值偏移扰动抑制能力。改进SOGI-FLL表现为带通滤波器特性,可实现正弦信号基波频率处无滞后无衰减的滤波,有效消除噪声及常值偏移的影响,其输出的正交信号供给带有PI环节的锁相环(PLL)进行相角估计。仿真和实验结果表明,在测试信号存在噪声及常值偏移时,相比于传统FFT方法和相关分析法,改进SOGI-FLL能够有效地提高滞后角处理精度。

多阵列超声导波频相联控激励下复合材料损伤聚焦成像方法

针对超声导波相控阵方法中相位控制参数缺少距离和频率变量的不足,提出了多阵列超声导波频相联控激励下复合材料损伤聚焦成像方法。相比于标准的超声导波相控阵技术,该方法通过在各阵元上设置不同的激励频率,实现了在复合材料板上对点的角度-距离聚焦扫查和损伤定位。首先,建立了多阵列超声导波频相联控激励聚焦信号模型;其次,设计了一种分布式多输入多输出(MIMO)线性阵列,对监测区域逐点聚焦扫查,并建立阵列超声导波损伤回波接收,运用多重信号分类(MUSIC)方法,实现复合材料损伤成像。玻璃纤维板的仿真和试验结果表明,该方法对复合材料具有较好的聚焦性能,较高的损伤成像和定位精度。

采用模块化结构的多相多电平LLC谐振变换器

在电动汽车和轨道交通辅助电源等高压大功率场合，开关管电压电流应力较高，功率器件选择困难。为此，该文提出了一种适用于高压大功率场合的模块化多相多电平LLC 谐振变换器。其中，多电平结构使得原边开关管的电压应力仅为输入电压的1/n，多相结构可有效降低开关管电流定额。采用变频控制策略，在宽电压和宽负载范围内，所有原边开关管均可实现零电压开关，所有副边整流管均可实现零电流开关。以3个模块结构为例，分析了变频控制策略下多相多电平LLC谐振变换器的工作原理，通过基波分析法得到变换器的等效电路模型和输入输出电压增益。分别对开关频率低于谐振频率和高于谐振频率两个工作区域进行参数设计，完成一台540~660 V输入、400 V/5 A输出的原理样机，实验结果验证了理论分析的正确性。

变速变桨距风电机组的全风速限功率优化控制

变速变桨距风力发电机组的限功率控制通常采用变桨距控制技术。该方法在高风速时能通过调节桨距角来快速稳定的控制功率输出和风机转速,但在中低风速时,却没有充分利用风力机特性,以优化风机运行工况。该文在综合分析全风速限功率控制特性基础上,提出一种主动变速和桨距角控制相结合的新型限功率控制策略(novel wind power curtailment control,N-WPCC)。理论分析和仿真结果表明,与传统限功率控制相比,N-WPCC优先进行电磁转矩控制,再进行桨距角控制,能有效减少变桨系统的动作频率和动作幅度,提高变桨系统的使用寿命,并能充分利用机组转动惯量,在一定程度上提高发电量。同时,N-WPCC的控制输入为机组输出功率和电机转速,不需要可靠性不高的现场实时测风数据。