新型二次型高增益DC/DC变换器及特性研究

新能源发电系统普遍存在输出电压较低的问题,一定程度上限制了新能源的发展,因此研究一款高升压比的DC/DC变换器具有重要意义。为提高DC/DC Boost变换器的电压增益,在传统二次型变换器的基础上引入开关电容和开关电感技术,提出一种新型二次型高增益Boost变换器。详细阐述了新型变换器的拓扑结构和工作原理;获得了变换器的电压增益以及各个器件的电压应力,并与其他的高增益DC/DC变换器进行对比分析;最后采用SiC器件制作了一台实验样机,验证了理论分析的正确性。结果表明,提出的变换器具有高升压比、低器件应力等优点,实现了电压增益与器件应力的良好平衡,适用于新能源系统。     

新型高增益DC/DC升压变换器的研究

随着燃料电池、光伏发电、超级电容混合系统等新能源发电系统逐渐受到人们的重视,高增益、高效率、低器件应力的DC/DC变换器得到了广泛的研究与应用。此处在Buck-Boost和Boost级联变换器基础上引入开关电容技术设计了新型高增益低应力DC/DC升压变换器。首先分析了新型高增益低应力DC/DC升压变换器的工作原理及开关管与电容应力,并与开关电容Boost变换器、传统二次型Boost变换器、Buck-Boost和Boost级联变换器的增益、电容应力,开关管应力等进行比较。分析表明该变换器拥有更高的电压增益以及更低的器件应力。最后在理论分析的基础上进行仿真实验并搭建了一台基于碳化硅(SiC)功率器件的实验样机,对理论分析的正确性和可靠性进行了验证。     

新型ZVT高增益DC/DC变换器

针对普通升压变换器输出电压低及开关损耗大的问题,本文提出一种新型零电压关断高增益DC/DC变换器。文中首先对1个工作周期内不同状态下工作状况进行了分析,然后对所提变换器性能特点进行分析并计算给出电压增益比与开关二极管的电压及电流应力。理论分析表明,所提方案有效提高了变换器输入输出增益及工作效率,且开关管的电压及电流应力得到有效降低。最后,通过1台功率为800 W的实验样机进行了验证和相应的损耗分析,实验结果证明了理论分析的正确性。     

一种低电压应力高升压比DC/DC变换器的研究

随着“碳中和”、“碳达峰”日益受到关注,可再生能源发电并网技术得到迅速发展。高升压比DC/DC变换器作为新能源发电技术中的关键环节,受到了广泛的研究与应用。在Buck-Boost与Boost变换器级联的基础上,引入改进的电压举升技术,通过二者的组合变形,设计出新型的低电压应力高升压比DC/DC变换器。通过对提出的变换器进行工作原理分析以及各器件的应力计算,并与传统的Boost变换器、Buck-Boost与Boost级联变换器、改进型电压举升Boost变换器的升压比、开关管应力以及电容应力比较,对比可得此变换器具有升压比高,开关管、二极管和电容电压应力低等优点。可有效提升变换器的功率密度,降低开关管及二极管功率损耗,提升效率。最后通过采用SiC器件搭建一台实验样机,验证了理论分析的正确性。     

大功率UPS系统中宽增益DC/DC变换器的研究

为减少蓄电池的串联数量、延长蓄电池组单独供电的工作时长,设计一种应用在大功率不间断电源系统(Uninterruptible Power Supply,UPS)中的宽增益DC/DC变换器,接口于UPS系统中直流母线与蓄电池组之间,在功能上提升蓄电池组供电可靠性的同时也降低蓄电池组的体积和成本。相比传统DC/DC变换器,所提拓扑在结构上进行优化,将所用功率器件的电压应力进行大幅度降低,同时极大地提高了电压增益上限和实际工况下的增益允许变化范围。通过试验验证,所提出变换器可以在PI电压闭环的控制策略下实现4～10倍的升压增益,使用的所有功率开关器件的电压应力仅为输出电压的三分之一。并通过效率试验验证了该变换器适用于大功率应用场景,具有较高的研究和推广价值。     

一种混合开关电感和开关电容的高增益DC/DC变换器

针对传统Z源DC/DC变换器存在的输入电流不连续、输出电压增益不够高和功率器件电压应力较高等不足,利用开关电感和开关电容技术,提出了一种混合开关高增益DC/DC变换器。该变换器主电路中只用到1个储能电容,结构简单,与现有典型的高增益阻抗源DC/DC变换器相比,所提出的混合开关电感和开关电容的DC/DC变换器可以实现更高的输出电压增益,同时电容和开关器件的电压应力较低。详细分析了所提变换器的工作原理,通过在实验室中所建立的输入电压16～40 V、输出电压26～107 V和输出功率7～114 W的原型验证了其性能。     

双馈抽水蓄能机组中双向DC/DC变换器研究

为解决双馈抽水蓄能电机低电压穿越的问题，加入双向DC/DC与超级电容保护支路，其中双向DC/DC变换器采用两相交错式双向半桥拓扑结构。本文采用软开关技术有效解决变换器中开关损耗高的问题，对变换器在Buck和Boost模式下分别进行软开关技术分析。在MATLAB中搭建DC/DC效率模块、瞬态响应调整模块、工作范围模块和硬件电路模型，采用双电流内环和电压外环的控制方式。仿真结果表明在软开关的作用下，开关管实现了零电压导通和零电压关断，有效降低了开关损耗，提高大功率电力电子设备利用效率，具有一定的实用性和研究价值。     

基于FPGA的比例积分滑模控制DC/DC变换器研究

针对DC/DC Buck变换器的动、静态性能要求,从Buck变换器状态方程出发,设计电感电流、输出电压及其积分的线性组合滑模面,并利用该滑模面证明比例积分滑模控制的存在条件及稳定性条件,构建基于FPGA控制的Buck变换器实验平台并加以验证。据此,实现所提出的算法对Buck变换器的控制。理论分析和实验结果表明,所提出的比例积分滑模变结构控制比传统的双闭环PI控制在系统参数变化、供电电压变化以及外部干扰情况下,都具有更好的鲁棒性,具有控制精度高和动态响应速度快的特点。     

高升压比悬浮交错三电平DC/DC变换器研究

提出一种高升压比悬浮交错三电平DC/DC变换器。该变换器不仅可以实现高升压比,显著减小变换器输入电流纹波,而且开关管承受的电压应力仅为输入电压和输出电压之和的四分之一。首先对变换器工作模态进行分析,推导了变换器电压增益。然后分析了悬浮交错三电平DC/DC变换器飞跨电容电压控制原理,给出了一种飞跨电容均压闭环控制方案。最后通过实验验证了理论分析的正确性。     

一种新颖的软开关双向DC/DC变换器

提出了一种新颖的双向DC/DC变换器,降压时采用移相控制ZVZCS-PWM全桥功率变换,控制简单,效率较高,升压时采用带变压器隔离的Boost变换器,利用Boost变换器与推挽变换器的级联,通过一种控制策略,去掉冗余元件,得到一种新颖的升压电路拓扑.这种升压变换器通过Boost和隔离变压器的两级升压,适合应用在初、次级电压等级相差较大的场合.升压时,通过引入耦合电感能量反馈辅助电路,实现所有开关管的软开关.重点分析了双向DC/DC变换器升压时的工作过程,并研制出一台实验样机,实验结果与理论分析一致.     

Buck DC/DC变换器在星载开关电源中的应用

介绍了一款可用于星载开关电源的Buck DC/DC变换器。为满足星载开关电源的需要,相对于传统的BuckDC/DC变换器,该变换器在消浪涌电路、启动电路、驱动电路、过流保护电路的设计上做了一些改进,重点分析了其工作原理,并给出了相关设计公式。该变换器转换效率高,可广泛应用于星载开关电源。     

可隔离直流故障的直流电网用DC/DC变换器拓扑

直流电网作为光伏和风电等新能源汇集的重要手段,近些年获得了快速发展。DC/DC变换器作为直流电网中电压变换和隔离直流侧故障的关键设备也日益受到关注。提出了一种适用于直流电网的可隔离直流故障的新型DC/DC变换器拓扑,该拓扑基于半桥模块化多电平换流器型DC/DC变换器,增加故障转移支路,发生直流故障时更易切断故障电流,同时提出了其故障隔离策略。对比该拓扑与半桥式DC/DC变换器的技术性和经济性差异发现,当DC/DC变换器出口侧连接有多个换流站时,提出的DC/DC变换器方案不仅可以更快地切除故障线路,还减少了故障隔离对于直流断路器的依赖。在PSCAD/EMTDC中,针对两个直流电网的典型场景,进行了直流双极短路故障仿真。仿真结果表明,所提出的拓扑具备直流故障穿越能力,非常适用于大规模直流电网系统。     

一种由直流后备式熔断器和直流真空负荷开关构成的直流组合电器

提出了一种由直流后备式熔断器和直流真空负荷开关串联组成的直流组合电器,对其直流开断特性进行了仿真和实验研究。新型直流组合电器可完成直流电流的全范围开断:当开断额定电流和过载电流时,采用真空直流负荷开关利用人工电流过零法开断电流,此时后备式熔断器不动作;当开断大过载电流和短路电流时,采用后备式直流熔断器直接开断大电流,也可以将大电流限制至较低幅值再采用真空直流负荷开关进行分断。实验结果证明,该直流真空负荷开关可以在5 ms内成功开断200 A至1.7 k A的直流电流,直流后备式熔断器可以开断1.7 k A及以上的直流电流。     

直流微网储能DC/DC变换器的自适应虚拟直流电机控制

电力电子化的直流微电网自身缺乏惯性,当功率发生波动时,直流母线电压会产生较大突变,不利于其稳定运行。为了解决这一问题,虚拟直流电机控制被应用于直流变换器中来模拟直流电机的外特性,进而为直流微电网提供惯性支撑。但传统参数固定的虚拟直流电机控制在提供惯性的同时会牺牲系统的动态响应速度。针对这一问题,提出了参数自适应虚拟直流电机控制,并将它应用于储能端推挽式DC/DC变换器中。建立了系统的小信号模型,分析了转动惯量参数变化对系统的影响,并给出了参数的自适应调节原则。最后,搭建了仿真模型对不同控制方法进行了对比分析。仿真结果表明所提控制策略在为系统提供较大惯性支撑的同时,系统仍具有较快的动态响应速度。     

基于直流电封闭测试的双向DC/DC电子负载

针对隔离型DC/DC电源的性能测试,设计了一种非隔离双向DC/DC电子负载.该电子负载拓扑结构为四开关Buck-Boost(FSBB)电路,采用单调制波双载波控制方式可在Buck模式、Buck-Boost模式和Boost模式间实现三模式平滑过渡,基于负载数学模型,采用双闭环控制及模型跟踪,可以模拟各类电池和负载的I-U特性,与隔离型DC/DC被测电源构成了直流电封闭能量循环系统.测试系统具有结构简单、高效、宽电压范围等优点.最后搭建了一台6 kW电子负载实验样机平台,并验证了设计方案的可行性.     

直流变压器研究

随着大功率电力电子器件的日益发展,采用电力电子器件构成的电力电子变压器不但可以实现交流变压器功能,而且还可以实现直流变压功能即直流变压器,从而有利于减少变压器的体积和成本;另外,随着直流电网的发展和普及,直流变压器将在直流输电中也会得到较为广泛的应用。因此,电力电子变压器得到了越来越多得到人们的关注,为利于该技术的实际应用,通过电路模态分析、仿真和实验,详细地分析并实验研究了全桥拓扑结构直流变压器的工作过程和高频变压器磁复位工作原理以及输入输出特性,最后给出了实验结果。仿真和实验结果表明直流变压器能够自动利用输出电压实现高频变压器磁复位和直流变压功能。因此,直流变压器可以广泛地应用在不需要调压的直流用电场合。     

直流开断与直流断路器

随着直流输电技术的快速发展,直流断路器的研制水平成为制约其发展的一个重要因素。对直流断路器研制的关键问题——直流开断进行了分析,综述了直流断路器采用的典型开断方法,并对实际系统中比较有代表性的3种直流断路器进行了介绍。     

直流微网DC/DC变换器的虚拟直流电机控制策略研究

直流微网是小惯性系统,负荷频繁投切和新能源出力波动等因素都会影响母线电压的稳定。在直流微网系统中,往往通过储能单元维持系统功率平衡和母线电压稳定。针对储能端口双向DC/DC变换器,提出一种简化的虚拟直流电机控制方法,以增强系统的惯性和阻尼;建立虚拟直流电机控制的小信号模型,分析控制策略的稳定性和动态特性;对于动态响应初期母线电压的冲击性变化,提出输出电流前馈的小信号模型补偿方法,进一步平滑母线电压的动态过程;最后通过仿真分析验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

零电压过渡反激式DC/DC变换器

介绍了一种新型的反激式ＤＣ／ＤＣ变换器,通过附加简单电路,实现了开关的零电压过渡,从而降低了损耗,减少了电磁干扰。     

双向全桥DC/DC变换器在直流微电网中的应用

双向变换器是微电网中的不可或缺的一部分,由DC/DC变换器将分布式电源、储能装置与负荷等构成的直流微电网,在未来供配电发展中会成为一种新的趋势。文中设计和制作了双向全桥DC/DC变换器,分析、计算和选择该变换器的功率器件及参数等,并进行了检验和参数调整。然后将该变换器其应用于直流微电网的锂电池组储能支路,实验结果表明,该双向全桥变换器能够正常工作,当直流微电网系统功率产生波动时,该储能支路能够与其他支路协调配合,稳定了直流母线电压,提高了直流微电网的稳定性。