用于电动汽车的双向DC/DC变换器控制设计

从满足加装超级电容的电动汽车对低压大电流、动态响应快的双向DC/DC变换器的需求出发,提出一种用于电动汽车的双向DC/DC变换器的控制构架。推导出在不同模式下变换器的动态模型,并设计了在相应工作模式下的控制器。最后研制了一套5 kW的实验样机,实验结果表明,所采用的控制方法能实现交错并联双向DC/DC变换器快速的控制,满足电动汽车的应用要求。     

基于储能的双向DC/DC变换器电源系统控制策略

以燃料电池、超级电容器和DC/DC变换器为核心构建了多端口电源系统,分析了各组成单元的结构功能和能量管理方案。针对基于超级电容器储能的并联双向DC/DC变换器,建立了数学模型,提出了融合分段比例积分(PI)调节和滑模控制的智能控制策略,基于电压、电流的双闭环控制策略,实现了并联双向DC/DC变换器的均流控制、能量快速传递控制和超级电容储能单元电压的稳定控制。根据系统需要,设计了变换器的电路元件参数,实验分析验证了基于储能的并联双向DC/DC变换器系统的智能控制策略的有效性。     

双向DC/DC变换器Boost模式下的建模及控制

非隔离式的交错并联双向DC/DC变换器在混合直流供电系统有着广泛的应用,采用两路交错并联的拓扑结构可以有效减小DC/DC变换器的输出电压和电流纹波。为了提高双向DC/DC变换器的动态性能和过载保护性能,本文基于超级电容的备用电源储能系统,以两路交错并联Buck/Boost变换器在Boost模式下的各个模态作为模型进行分析,详细介绍了各个模态的工作过程;在导出其原始大信号模型的基础上,采用小信号线性化的方法进一步推导出其交流小信号状态方程及其等效电路模型,并得到了传递函数。以此为依据设计优化控制器的补偿网络,提高了系统的稳定性和瞬态响应速度,最后进行实验验证,结果表明,双闭环的控制策略实现了恒压限流且可以快速响应,满足实际工程的应用需要。     

基于双向DC/DC的混合能源系统设计研究

由于单一电池系统无法满足实际系统的需求,电池超级电容混合能源系统成为目前研究方向之一。为了主动控制电池超级电容之间的能量分配,主控双向直流变换器的设计成为目前混合能源系统研究的重点。从理论上对锂离子电池、超级电容和双向DC/DC变换器进行了详细分析,在此基础上,设计了混合能源系统,并制作了系统样机,进行了实验验证。实验结果表明,所设计的双向DC/DC变换器能实时准确跟踪给定电流,样机在全工作范围内具有较高的效率。所设计基于双向DC/DC变换器的混合能源系统是全可控和高效的。     

燃料电池电动汽车动力装置DC/DC控制器设计

燃料电池电动汽车(FCEV)动力装置由燃料电池与超级电容(SC)分别通过DC/DC变换器并联构成供电电源,其中DC/DC变换器采用电压电流双PI调节器,在频域分析法设计调节器参数基础上构建硬件平台进行实验,实验结果与理论分析结果具有一致性。     

基于超级电容的宽输入范围DC/DC变换器设计

针对输入电压波动导致大功率超级电容充电装置输出范围窄、控制精度不高的问题,研究了一种基于超级电容的宽输入范围DC/DC变换器。该变换器采用Buck-移相全桥变换器的两级变换,同时具备宽电压调节范围和负载移相全桥变换器软开关的特点。通过分析超级电容的等效电路模型,对直流母线电压控制提出了基于功率环的电压电流双环控制方法,可以快速跟随输入电压变化,保持母线电流平稳,并在Matlab/Simulink平台上搭建仿真模型进行分析。最后,通过在白俄罗斯明斯克公交系统300 kW充电桩上的应用,验证了该设计的可行性。     

应用于超级电容双向DC/DC变换器的鲁棒控制

针对超级电容双向DC/DC变换器控制,提出一种H_∞控制器。首先,建立超级电容双向DC/DC变换器综合状态空间模型,并将超级电容不同运行稳态工作点设计为多胞模型,通过积分器保证其输出无静态误差。其次,通过闭环极点优化配置改善系统的动态响应,并利用卡尔曼滤波器观测电感电流,作为状态反馈的输入,有效地降低噪声干扰。基于所建立的综合状态空间模型,采用线性矩阵不等式便捷的设计了H_∞控制参数,所提控制方法具有稳定裕度高、动静态性能良好、参数设计简单及计算量少等特点。通过超级电容充放电实验,验证了所提控制方法的可行性及有效性。     

基于隔离双向DC/DC变换器的电梯节能系统建模与仿真

为了解决超级电容存储型电梯节能装置成本高的问题,将隔离双向DC/DC变换器用于电梯节能装置,通过小信号分析法对隔离双向DC/DC变换器进行分析建模,引入了电梯变频器直流母线电压外环、超级电容充放电电流内环的双环PI控制策略,克服了从直流母线电压到超级电容电压大变比变换难以实现的技术难点,在完成电梯回馈能量的存储与再利用的同时,有效降低了电梯节能装置的成本。并利用超级电容放电电流大的优势,在电梯启动时超级电容节能装置提供大电流补偿,减少了对电网的冲击。通过Simulink仿真分析,验证了方法的有效性和可行性。     

双向DC/DC变换器轻载损耗和效率最优化分析

双向DC/DC变换器的轻载效率问题一直是困扰设计者的一大难题。为在轻载情况下减小损耗,提高效率,对以交错并联为拓扑结构的双向DC/DC变换器工作中的功率损耗进行了综合性地分析和研究。以两相Buck+Boost交错并联双向DC/DC变换器运行在Buck模式下作为模型,分析和推导了电感电流断续模式(DCM)和电感电流连续模式(CCM)下的功率损耗公式,对其在轻载情况下的工作频率进行最优化调整,从而给出了使损耗达到最小化的设计准则。通过实验验证了理论分析的正确性,为多相交错并联双向DC/DC变换器提高轻载效率的设计提供了理论基础。     

基于软开关的双重Buck变换器的超级电容充电电源

研究基于双重软开关Buck变换器的超级电容充电控制。首先,根据双重软开关Buck电路拓扑和工作原理,研究软开关条件检测、临界电流控制及交错并联控制策略,采用临界电流模式的软开关方案,设计双重软开关Buck变换器用于超级电容的充电;然后,利用Matlab/Simulink软件对理论分析进行仿真验证;最后,在依据理论和仿真基础上,设计硬件电路和软件流程,制作实验样机。仿真和实验结果表明,本控制方案可行,能够在满足临界电流模式下通过软开关实现对超级电容的恒流充电。     

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。