一种用于电-氢多能互补型微电网的双有源桥集成Boost拓扑及其控制

该文提出一种双有源桥(DAB)集成Boost变换器拓扑,并对其在PWM+移相控制方式下的工作原理和软开关情况进行分析.对多个该变换器进行串并联组合,得到可应用于电-氢多能互补型微电网中高电压等级直流母线与制氢电解槽之间的DC-DC环节的输入串联-输出并联(ISOP)型直流变压器.通过输出电压环、输入稳压环和输入均压环的联合控制,ISOP型直流变压器可以实现在串联侧的电压均衡、并联侧的电压稳定以及各子模块变压器一次、二次电压匹配.在理论分析的基础上搭建以STM32+FPGA为核心控制器的实验样机,验证了所提出的电路拓扑的正确性及控制策略的有效性.     

相同移相角控制的串–并型移相全桥组合变换器

在高输入电压/低输出电压的电压变换应用场合,通常采用输入端串联/输出端并联(input-series output-parallel,ISOP)组合型直流变换器来降低功率开关器件的电压应力,但须确保、控制输入端串联均压与输出端并联均流。针对移相全桥变换器模块构成的ISOP组合变换器提出相同移相角控制技术。该控制技术无需专门的均压或均流控制环,故控制系统简单、可靠。针对变换器各模块参数不一致的工况,应用小信号模型与稳态直流模型,分析各模块输入端串联实现自动均压与输出端并联实现自动均流的机理,并且指出影响模块均压/均流精度的参数差异性。采用现有技术降低模块参数的差异性,足以保证相同移相角控制的ISOP组合变换器取得良好的均压/均流精度。仿真与实验均验证了该控制方案的可行性与可靠性。     

基于输入串联输出并联的双向全桥串联谐振DC-DC变换器系统控制策略研究

对基于输入串联输出并联(ISOP)的双向全桥串联谐振DC-DC变换器(DBSRC)系统的控制策略进行研究。采用周期平均法构建DBSRC及其ISOP级联系统的小信号模型及对应传递函数,其中各DBSRC子模块输入电压均受其他模块移相角影响。为了实现子模块输入电压的均衡,提出一种差分输入电压均压(DIVS)控制策略,该策略实现了系统控制框图中输出电压环和输入均压环的解耦控制。相比传统输入均压控制策略,该策略所需的通信数据量较少,具有较高的动态响应性能。最后,通过仿真和12kW样机的实验结果验证了DBSRC小信号模型的准确性及DIVS控制策略的有效性和优越性。     

直流固态变压器控制技术研究

为解决作为中压直流配网与低压直流微网互联设备的直流固态变压器(DC solid state transformer,DCSST)子模块均压均流问题,同时实现微网直流母线电压的稳定控制及灵活双向功率运行能力,提出了一种以DCSST输出电压稳定为主控制环,输入电压均衡为附加控制环的双环解耦控制策略。针对其输入串联输出并联(input-series output-parallel,ISOP)结构及隔离型双向DC/DC变换器(isolated bidirectional DC/DC converter,IBDC)移相控制原理,对DCSST进行统一建模,并通过对其小信号线性模型及传递函数的推导,分析了两控制环路之间的解耦条件。仿真与实验结果表明,在所提出的控制策略以及控制参数下,DCSST双向功率运行时输出电压稳定与输入电压均衡控制效果良好,同时,各IBDC模块采用交错控制可有效减小输出电流纹波。     

基于电压前馈的输入串联输出并联型直流变压器反下垂控制策略

以双有源全桥(dual active bridge,DAB)DC-DC变换器为基本功率单元的输入串联输出并联(inputseries-output-parallel,ISOP)型直流变压器(DC solid state transformer,DCSST)十分适用于直流电网互联或大规模新能源汇集等高压大容量应用场合。文中针对现有的反下垂控制方法无法兼顾均压/均流特性与输出电压调整率的缺点,提出了一种电压前馈的反下垂控制方法。通过引入输入电压均值前馈实现了直流变压器输入电压与输出电压的解耦,使得直流变压器在实现均压/均流运行的同时,具有较好的稳压性能。最后,于PSCAD/EMTDC仿真软件搭建了以DAB变换器为基本功率单元的三单元ISOP型直流变压器仿真模型,对所提出的算法进行了对比实验验证。实验结果表明:该方法可以实现直流变压器各模块的传输功率平衡,同时具有较好的稳压性能。     

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。     

输入串联输出并联变换器的控制器设计及稳定性分析方法

输入串联输出并联(ISOP)变换器具有低电压、电流应力、模块化等优点,在高压至低压的功率变换领域得到广泛的应用。以输入电压平衡作为基本控制思想,结合ISOP变换器的等效双闭环控制框图,提出了相应的控制器设计方法及稳定性分析方法,在简化了控制器设计流程的同时提高了稳定性分析的可靠性。为了验证该方法的有效性,选取了双向高效能软开关DC-DC变换器——全桥LLC谐振变换器作为研究对象,对其小信号控制模型进行了进一步的推导和完善,并结合实例,完成了控制器的设计和稳定性的分析。最后,搭建了基于全桥LLC谐振变换器的2单元ISOP变换器实验平台,从起机过程、负载切换过程和功率平衡效果3个方面对上述结论进行了实验验证。     

输入串联输出并联直流变换器建模与解耦控制

输入串联输出并联直流变换器系统(Input-Series Output-Paralleled，ISOP converter)十分适用于高输入电压大功率场合。每个DC-DC模块输入电压均分、输出电流均流是其正常工作的关键。本文提出的一种新颖的输入均压控制方法，在确保模块输入电压均分、输出电流均流的同时，使得控制各个模块输入电压的同时不影响输出电压的调节，有利于分别独立设计输入电压控制闭环和输出电压的控制闭环。本文选择全桥(Full Bridge，FB)变换器作为基本的DC-DC模块，建立了FB-ISOP小信号数学模型，基于该控制方案将整个FB-ISOP解耦为多个单输入单输出的控制闭环。并以两个全桥输入串联输出并联为例，给出了闭环调解器的设计方法。论文最后给出了实验验证。     

输出并联双有源全桥DC-DC变换器虚拟功率均衡控制方法

针对电力电子变压器(PET)中输出并联双有源全桥(DAB)DC-DC变换器,分析了前级级联多电平整流器(CHB)控制策略对于DAB变换器的影响,提出一种同时适用于等效输入串联输出并联(ISOP)和等效输入独立输出并联(IIOP)DAB变换器的虚拟功率均衡控制方法,并分析了该控制策略的作用机理。搭建了以TMS320F28335+FPGA_6SLX45为控制器的三单元输出并联DAB变换器的实验平台,对所提出的虚拟功率均衡控制方法与输入电容电压平衡控制算法进行了对比验证。实验结果表明,所提方法在实现各个模块传输功率均分的基础上,可以显著提高变换器对于负载突变和输入电压突变时的响应速度。同时,也可有效地抑制变换器传输功率的暂态波动。     

全桥直流变压器/变换器ISOP组合式系统的研究

对于高压直流输电系统中的高压直流变换器,高电压是其设计难点之一,利用多模块串并联组合结构可解决高压问题。对于输入串联输出并联(input-series output-parallel, ISOP)组合式直流变换器,可采用两类模块即全桥直流变压器和全桥直流变换器的组合结构将高压直流电变换成低压直流电,供电给负载。不同于传统的ISOP组合变换器,其模块间采用开环与闭环相结合的方式,只需保证各个模块间的压差控制在一定的范围内,简化了整个变换器的控制方式。该文对两类模块的输出特性进行分析研究,给出该组合变换器的均压设计,搭建两台全桥直流变压器和一台全桥直流变换器ISOP的仿真模型及原理样机,通过仿真和实验进行验证。     

直流固态变压器环流抑制策略

直流固态变压器(DC solid state transformer,DCSST)作为直流微电网中的重要组成部分,通常采用输入均压环和输出电压环结合的双环解耦控制策略,该控制策略在每个双有源全桥变换器(dual-active full-bridge converter,DAB)模块传输效率不一致的情况下,无法保证输出均流,从而降低直流固态变压器的运行效率。针对上述问题,提出一种基于虚拟阻抗的直流固态变压器控制策略,在传统控制的基础上加入环流反馈控制回路,并引入虚拟阻抗调节其环流阻抗,从而实现对每个双有源全桥变换器模块的环流控制,最终使得每个双有源全桥变换器模块的环流减小。所提控制策略使得直流固态变压器可以在子模块功率电路参数不同的情况下,同时保证各子模块输入均压与输出均流。仿真和实验结果验证了所提方法的有效性。     

直流固态变压器新型均衡解耦控制策略

直流固态变压器(DC solid state transformer,DCSST)由双有源全桥(dual-active-bridge,DAB)变换器以输入串联输出并联(input-series output-parallel,ISOP)的方式组合而成,其运行时不仅要控制输出端电压稳定,还需控制各DAB子单元输入电压均衡,并且均压控制与输出电压控制需实现解耦。基于DCSST小信号模型的传统均衡解耦控制方法在输入电压受不均衡扰动较大的情况下会产生解耦误差,影响输出电压控制。针对该问题,文章深入分析了以往均衡控制策略产生解耦误差的原因,由此提出一种新型均衡解耦控制策略。通过定义虚拟控制量实现DCSST模型的完全线性化,进而通过令均压控制量之和为零以及对输出电压控制量进行补偿,消除了耦合影响。仿真与实验结果表明,所提控制方法在DCSST承受较大程度输入电压不均衡扰动时,能够较好地消除输入均压控制对输出电压的耦合影响,其解耦效果明显优于传统控制方法。     

基于三环移相控制的ISOP模块化电源的研究

首先分析ISOP系统的基本单元,采用隔离型双向全桥DC-DC变换器(IBDC)作为ISOP系统的基本单元,对其拓扑结构和相应的控制方法原理进行分析。随后介绍了ISOP的拓扑结构,分析其实现均压均流的条件,针对输出均流控制(OCS)各模块输入阻抗的负阻抗特性使系统无法稳定运行的问题,提出输入均压、输出均流及输出电压环三环控制策略,最后仿真验证在各模块参数不一致情况下三环移相控制的控制效果明显比传统双环移相控制好。     

一种基于输入串联输出并联移相全桥变换器的改进交错控制方法

地铁辅助供电系统中的DC-DC变换器输入电压和系统额定功率较高,因此不容易匹配合适的开关器件。为了减小开关器件的电压和电流应力,采用模块化的输入串联输出并联(ISOP)结构。该文对ISOP变换器的均压均流原理进行分析,推导出该变换器的数学模型并设计相应的控制器。随后对该变换器共用占空比控制模式进行分析和研究,验证了控制器设计的合理性。在PSIM仿真中,验证了电流交错控制方法具有减小输出电流纹波和在一定程度上减小滤波电容的作用。为了对系统的性能和寿命进行可靠的评估,该文提出一种改进型交错控制方法,将输出电流纹波控制在5%以内,通过Matlab进行仿真验证以确立这种方式的有效性。最后增加ISOP系统的单模块DC-DC变换器满功率40kW工况实验,验证了单个模块系统的输出稳定性和动静态性能。在此基础上搭建了ISOP系统的硬件实验平台,并进行小功率实验的调试,验证了均压均流控制方法的正确性。     

一种混合型输入串联输出并联直流变压器

现有基于多变换器输入串联输出并联(input-series output-parallel,ISOP)结构的直流变压器子模块大多采用单一模块,在实现灵活控制和高效率之间很难达到平衡。基于模块化技术,提出了一种基于CLLLC谐振变换器子模块和DAB变换器子模块的混合型ISOP结构直流变压器拓扑,分别利用CLLLC谐振变换器的高效率与DAB变换器的高可控性优点,通过2类子模块数量和高频变压器变比的合理设计,CLLLC谐振变换器将传输绝大部分功率,从而提高整个直流变压器的效率。详细分析了该混合型ISOP直流变压器的工作原理与设计方法,并利用PLECS软件验证了所提出的直流变压器拓扑的可行性,最后通过一台2k W,400V/100V的样机进行实验验证。     

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(input series output parallel, ISOP)双有源桥(dual active bridge, 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。     

一种高压宽范围输入辅助电源的设计

基于输入串联输出并联(ISOP)变换器和多路输出反激变换器,提出了一种应用于中大功率系统的辅助电源.该电源采用一种初级电流反馈的输入均压输出均流的控制方法,保证了输入电压均压与输出电流均流,提高了初、次级电路之间的绝缘等级,省掉了光耦.分析了电源系统的控制方法和变压器的设计等问题,实验结果验证了控制和设计的正确性.     

输入均压结合输出同角度控制策略下ISOS逆变器系统的环路设计

输入串联输出串联(input-series and output-series,ISOS)逆变器系统的控制目标是在实现输入均压的同时,控制输出电压的幅值和相位都相等从而实现输出均压。在已有的输入均压结合输出同角度的三环控制策略的基础上,对系统的控制环,即输入均压环和输出电压环之间的解耦关系进行分析,并在此基础上分别对它们进行具体的参数设计,以使系统具有良好的稳态和动态性能。仿真及实验结果验证了环路间的解耦关系及参数设计的合理性与有效性。     

基本非隔离输入串联输出串联组合直流变换器的控制策略

分析了基本非隔离输入串联输出串联组合直流变换器输入均压与输出均压之间的关系,研究了一种实现输入均压与输出均压的双环交错控制策略。在保证变换器实现输入均压和输出均压的同时,可以实现输入均压控制与输出电压控制调节相解耦,有利于分别独立设计各个控制器。交错控制技术的引入,使得输出电压纹波得到了减小。最后,通过仿真研究,验证了该控制策略的有效性。     

ISOP AC/DC变换器系统控制策略研究

串联输入并联输出交流/直流(ISOP AC/DC)变换器广泛应用于新能源汽车、纺织机械中高电压大电流场合,在ISOP AC/DC变换器传统控制策略的基础上,提出了一种采用交叉电流反馈控制的策略,论述了该控制策略的稳定性机理。通过对变换器的建模与仿真实验分析,验证了其有效性。仿真结果表明,系统在此控制策略下实现了很好的功率均分。