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。     

输入串联输出并联双有源全桥DC-DC变换器多模块优化功率平衡控制方法

通过分析电力电子变压器(PET)中的双有源全桥(DAB)DC-DC变换器的运行特征及所面临的问题,针对输入串联输出并联双有源全桥DC-DC变换器,基于三重相移(TPS)提出一种多模块优化功率平衡控制方法以同时提高变换器的效率及动态性能,并实现各个模块的传输功率均衡。相比于传统的输入电压均衡控制方法,该方法在不需要增加额外传感器的情况下,可以进一步提高变换器的效率,加强变换器对于输入电压突变时的响应能力并实现各个DAB模块的传输功率平衡。最后,搭建以TMS320F28335+FPGA_6SLX45为核心控制器的三单元输入串联输出并联DAB变换器小功率实验样机,对所提多模块优化功率平衡控制方法与输入电压均衡控制方法进行对比实验研究,验证了所提算法的正确性与有效性。     

双重移相控制下的双向全桥DC-DC变换器最小电流应力分段优化控制

为了减小双向全桥(dual-active-bridge, DAB)DC-DC变换器的电流应力,提升变换器的效率,提出了一种DAB变换器在双重移相控制下的电流应力分段优化控制策略。该策略首先分析了DAB变换器的结构及其功率特性,推导得到了电流应力与传输功率、移相角之间的关系。然后针对输入输出电压不匹配的情况,对DAB变换器的电流应力进行了分段优化,通过将传输功率分段得到了DAB变换器在不同传输功率范围下的最优移相角。将所提控制策略与传统双重移相控制策略对比分析,发现所提控制策略具有更小的电流应力和回流功率,减少了变换器的导通损耗,提升了变换器的效率。当负载发生突变时,DAB变换器的动态性能得到了大幅提升。最后基于所提控制策略搭建了实验样机,实验结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

能量路由器中双有源桥直流变换器多目标优化控制策略

为提升能量路由器中双有源桥(DAB)变换器的传输效率,同时改善系统的动态特性,该文提出一种基于扩展移相的输出电压模型预测控制与梯度下降算法实现回流功率优化的混合控制策略。首先,建立DAB变换器在单移相和扩展移相控制下的传输功率数学模型,分析回流功率产生机理,并推导扩展移相控制下的输出电压状态空间平均化方程;其次,在DAB变换器输出电压模型预测控制基础上提出基于梯度下降算法的回流功率优化策略。搭建小功率实验样机,并与传统单移相控制进行对比,实验结果证明了该文所提控制策略的有效性及正确性。     

基于扩张状态观测器的直流变压器模型预测控制策略

针对以移相双有源桥为功率单元的多模块输入串联输出并联型直流变压器(ISOP-DCT),为提高系统面对输入电压变化及负载突变等复杂工况下的动态响应特性,提出一种基于扩张状态观测器(ESO)的模型预测控制(ESO-MPC)策略,分析并建立了考虑各功率单元能量均衡传输时系统简化离散2步预测模型,同时利用ESO计算了预测模型中由输出端口负载电流及内部死区效应所引起的功率偏差电流.所提出的ESO-MPC策略可有效提高ISOP-DCT动态响应速度及抗干扰能力,同时减少输出端口电流传感器的使用.MATLAB/Simulink中搭建的2.25 kV/750 V ISOP-DCT模型的仿真结果及实验样机测试结果验证了所提控制策略的正确性和有效性.     

基于动态矩阵控制的DAB变换器电流应力与回流功率优化方法

针对双重移相控制的双有源桥(DAB)变换器存在的电流应力和回流功率问题,建立了电流应力和回流功率的权重优化函数,其设计原则为保证电流应力抑制效果并同时减小回流功率.分析了权重因子的优化选取过程,从而获取2种工作模式下DAB变换器的内、外移相比.为了改善DAB变换器输出电压的动态响应性能,提高负载适应性和鲁棒性,提出了基于动态矩阵控制的电压预测控制方法.最后,结合StarSim实时仿真机和DSP芯片搭建了DAB变换器的半实物实验平台,实验结果验证了所提控制策略在提高DAB变换器电压动态响应性能、抑制电流应力和减小回流功率方面的有效性和正确性.     

负载电流前馈闭环控制的快速动态响应双有源桥式变换器的输出阻抗分析

提出了一种基于前馈控制的双有源桥DAB(dual active bridge)变换器的控制策略,并通过小信号模型分析了DAB变换器的输出阻抗及其对电路动态特性的影响。DAB变换器的输出阻抗不仅取决于输出电容,还与控制回路的增益有关。由于传输延迟和零阶保持器的存在,控制回路的交叉频率和增益不能选得过高。如果输出电容非常低,变换器无法实现快速动态响应。为了提高动态性能,根据期望的输出电流,提出了一种新的前馈控制策略。前馈路径只与负载电流有关,而对于输出电压是独立的,且前馈控制在实时计算中易于实现。这种具有前馈控制策略的闭环增益与单电压闭环控制的比较结果表明,采用前馈控制的控制回路具有较好的动态性能。最后,搭建了1 kW的实验样机,验证了所提控制策略的有效性。     

基于扩展移相的ISOP-DAB变换器混合优化控制方法

输入串联输出并联-双有源电桥(ISOP-DAB)变换器多应用于大功率高电压场合,为降低ISOP-DAB变换器的电流应力并提高系统的动态性能,本文提出一种基于扩展移相调制混合优化控制方法。首先分析在扩展移相下变换器的工作模式和功率模型,通过拉格朗日优化算法获取电流应力最优的相移组合,并结合虚拟电压均衡控制方案,以应对负载突变或输入电压扰动状态,同时结合变换器的结构特征使用输入电压均值完成模块间功率的动态平衡。最后,将混合优化控制方法、基于单移相的虚拟功率控制和传统的扩展移相优化控制进行对比实验。实验结果证明了混合优化控制在功率均分的同时可以实现电流应力优化,提高能量传输效率,同时也显著地改善了变换器在扰动情况下的动态特性。     

基于隔离型双有源桥DC-DC变换器的三变量快速暂态电流控制

基于双有源桥式DAB（dual active bridge）DC-DC变换器提出了一种快速暂态电流控制策略,该控制策略具有3个控制变量。当负载或传输功率指令发生突变时,暂态快速电流控制策略能改善变换器的动态特性,在一个开关周期内使电感电流快速达到新的稳态,并能有效减小暂态过程中电感电流的直流偏置,防止变压器磁饱和。另外,使用叠加定理分析了DAB的稳态和暂态特性,根据分析结果,所提快速暂态电流快速控制策略能在1个开关周期内让变换器从一个稳态到另一稳态。最后,搭建功率等级为300 W的实验平台,通过实验验证了理论分析的正确性。     

双有源桥变换器动态响应影响因素及改善对策

动态响应性能是双有源桥(DAB)变换器能否胜任实际应用场景的关键.为了深入理解当前DAB变换器的动态控制策略,首先分析了直流偏移、死区效应和非线性特性等影响DAB变换器动态响应的因素;然后以抑制直流偏移和改善输入电压及负载突变动态响应为目标,对瞬态移相调制、预测电感电流控制、线性电压控制、负载电流前馈、基于功率的控制和模型预测控制算法等方面进行了研究;最后分析了其优点与不足.模型预测控制和直接功率控制等算法可以有效提高DAB变换器的动态性能.针对现有动态控制策略的局限,未来可向算法集成、多目标控制和提高算法效率等方向发展.     

输出并联型双有源全桥变换器控制技术研究综述

输出并联型双有源全桥(dual-active-bridge,DAB)DC-DC变换器具备电气隔离、模块化扩展简单、高变比升降压及功率双向传输等优势,近年来得到国内外专家学者的广泛关注。首先,分析和归纳该类变换器功率平衡的典型控制方案,并从动态特性、模块化程度、传感器数量等方面,对不同控制方案下的研究策略进行多方面对比分析;然后,基于DAB变换器效率和动态性能优化方法,从多模块角度出发,分析组合系统功率平衡与DAB变换器性能优化相结合的一些典型混合控制策略,并从工程角度给出混合控制其他衍生思路及控制策略选取时,需考虑的实际因素;最后,从开关、桥臂、模块和拓扑等方向,对输出并联DAB变换器的容错控制方案进行详细概述并总结全文。     

独立输入并联输出双有源全桥DC-DC变换器无电流传感器均流控制

针对电力电子变压器(power electronic transformer,PET)中的独立输入并联输出双有源全桥(dual-active-bridge,DAB)DC-DC变换器的功率平衡问题,基于双重移相控制(dual phase shift,DPS)提出一种无电流传感器均流控制策略,可保证系统各相DAB模块在参数不匹配或输入电压幅值不相等时能实现传输功率的自动平衡。该方法通过扰动实现系统参数的自动估算,并完成各相并联输出模块的逐级自动均流,从而实现各DAB并联模块的功率平衡控制;相比传统的单移相均流控制方法,提高了变换器运行效率的同时简化了系统电路降低成本。以两相独立输入并联输出系统为例,搭建10kW实验平台进行稳态和暂态实验,验证所提出控制方法的可行性和优越性。     

基于功率补偿的DC-DC变换器电流应力控制方法

针对双有源桥DC-DC（dual active bridge,DAB）变换器中存在较大的电流应力现象,提出一种基于功率补偿的电流应力改进控制方法。通过建立DAB的电流应力、传输功率与相移量之间的函数关系,利用拉格朗日乘数法建立电流应力的优化数学模型,从而推导出最优占空比组合,降低电流应力至最小值。通过引入一个虚拟分量对传输功率进行实时补偿控制,以满足系统在输入、输出突变情况下的快速响应能力,提高DAB的动态特性。最后,通过搭建Matlab/Simulink仿真模型进行验证,通过仿真结果表明：基于功率补偿的电流应力优化控制方法的动态响应特性和ZVS特性明显优于传统控制方法,且在减小电流应力的同时也降低了回流功率,进一步验证了优化控制方法的正确性和优越性。     

结合电流应力优化与虚拟电压补偿的双有源桥DC-DC变换器三重移相优化控制

为了同时减小双有源桥（DAB）DC-DC变换器的电流应力和提高动态响应速度,该文在建立三重移相下六种模式的传输功率、电流应力等工作特性模型的基础上,提出一种基于三重移相的结合电流应力优化与虚拟电压补偿的控制方法。该方法由电流应力最优移相角模型和虚拟电压补偿方法构成,通过KKT条件获取电流应力最优的移相角模型,结合虚拟电压补偿方案估算传输功率值以提高负载突变及输入电压扰动时的动态响应速度。该方法在保证电流应力优化的同时,能够实现快速的动态响应,并且参数易于调节,可移植性好。最后,搭建了一台小功率样机进行三种方案的对比实验,验证了该文控制方法的正确性及优越性。     

独立输入并联输出模块化DAB变换器功率均衡优化控制

针对独立输入并联输出IIOP（input independent output parallel）模块化双有源桥DAB（dual active bridge）变换器,当各模块的参数不匹配或输入电压不相等时的功率均衡问题,基于双重移相DPS（dual phase shift）控制,提出了一种功率补偿均衡控制PCEC（power compensation equalization control）算法以提高变换器的动态性能及其效率,并实现模块化DAB变换器的传输功率均衡。此外,考虑到大传输功率情况下,为实现各模块的充分运用,补充提出了一种功率补偿协同控制PCCC（power compensation cooperative control）算法。最后,基于DSP28335的半实物仿真平台对所提出的功率均衡方案进行对比实验验证。     

双向全桥DC-DC变换器的负载电流前馈控制方法

动态特性是变换器以及能源系统的一个重要的指标。为提高双向全桥(dual active bridge,DAB)DC-DC变换器对负载突变的动态响应速度,该文以单相移控制为例,基于直接功率控制思想,提出一种负载电流前馈控制方法,并对该方法进行了详细的分析。该方法不需要电感等电路参数参与控制,这增加了控制方法的兼容性和可移植性。最后,硬件在环实验平台和基于TMS320F28335的实物实验平台上,对所提出的电流前馈控制方法和传统单相移控制算法进行对比验证。实验结果表明:该电流前馈控制方法在负载突变时,能获得快速的动态响应,输出电压基本保持不变,且对电感参数无依赖性。     

基于扩展相移的双有源全桥DC-DC变换器多目标优化控制方法

文中以双有源全桥DC-DC变换器为研究对象,为了同时提高变换器的效率和动态性能,提出一种基于扩展相移的优化功率控制方法。通过全面分析变换器在扩展相移下的相移量关系以获取电流应力的全局最优解来进一步提高变换器效率。同时,通过引入虚拟电压分量对变换器的传输功率进行在线估算以提高其对于负载突变及输入电压突变时的响应能力。此外,该方法不需要储能电感等电路参数参与控制,增加了控制系统的兼容性和可移植性。最后,对所提出的扩展相移优化功率控制方法、双重相移的电流应力优化及传统扩展相移的电流应力优化算法进行对比实验验证。实验结果表明:该方法可以进一步地减小电流应力,提高变换器的效率,同时可显著地提高变换器对于输入电压突变和负载突变时的动态特性。     

直流微电网DAB变换器和直流固态变压器的非线性控制策略

直流微电网中,当双有源全桥(DAB)变换器及直流固态变压器(DCSST)带恒功率负载运行时,恒功率负载负阻抗特性会对系统的稳定性造成不良影响。文中提出了一种基于非线性扰动观测器及反步控制的新型复合带恒功率负载直流变换器控制策略,推导得出DAB变换器和DCSST数学模型的布鲁诺夫斯基标准型,采用基于非线性扰动观测器的大信号非线性扰动估计方法作为前馈补偿提高输出电压调节的准确性,结合反步控制方法保证DAB变换器和DCSST在大信号扰动下的稳定性。实验结果表明,所提出的控制方法既能在大信号扰动下保证DAB变换器和DCSST的稳定性,又能在不同工况下保证快速动态响应和准确的电压跟踪。     

结合电流应力优化的双有源全桥DC-DC变换器自抗扰控制

针对微电网系统中双向直流变换器需同时具有良好的稳态特性和动态响应这一问题,该文提出一种结合电流应力优化的双有源全桥（DAB）DC-DC变换器自抗扰控制方案,并对DAB变换器在扩展移相调制下的传输功率和电流应力数学模型、电流应力优化与自抗扰控制相结合等关键技术展开分析研究。在扩展移相调制基础上,利用条件极值法求解不同工作模式的电流应力最优解。同时构建自抗扰闭环,通过扩张状态观测器对系统状态进行实时估算,将输入电压突变、负载投切、电流应力优化策略导致传输功率波动等视作系统扰动并进行补偿。最后设计并研制一套200W实验样机,对比不同控制方案的性能,样机动稳态实验结果验证了所提出控制方案的可行性和先进性。     

基于扩展移相控制的双向有源桥变换器回流功率优化

为了更好地将分布式电源与负荷接入直流配电网,并提升功率传输效率,针对双向有源桥(dualactivebridge,DAB)变换器的运行控制,研究其回流功率的优化控制技术策略。建立基于扩展移相控制的DAB变换器的传输功率与回流功率数学模型,详细阐述回流功率的产生机理,在传输功率特性中引入电路的回流功率特性。其次,分析不同电压转换比下,回流功率与传输功率的耦合关系,提出DAB变换器的回流功率最优控制模型。搭建DAB变换器的实验样机,分析最优回流功率控制下的变换器工作特性,对比研究不同控制策略下DAB内部的回流功率,验证了所提回流功率最优控制模型的有效性。