基于拓展型双曲正切函数的全桥LLC变换器大信号建模方法

连续模型的准确性对于电力电子变换器的特性分析与实时仿真十分重要。由于独特的谐振腔结构,LLC变换器在不同工作频率区间分别以连续电流模式和断续电流模式运行,故而传统方法很难以连续模型实现其多种运行模式的统一描述。为此,该文提出一种基于拓展型双曲正切函数的全桥LLC变换器大信号建模方法。首先,分析各工作频率区间全桥LLC变换器特性,建立一种大信号非连续模型,该模型能够实现LLC变换器多种运行模式的统一描述。然后,构建含陡度因子/脉冲系数的拓展型双曲正切函数,利用其将上述大信号模型连续化,从而建立了全桥LLC变换器的大信号连续模型。基于此模型,连续系统的方法可以被直接应用以实现对变换器特性分析、实时仿真和控制器设计。同时,相比于现有LLC变换器大信号连续模型,该模型具有较低的阶数和更高的精确度。此外,该模型在时域中能够提供次级侧功率器件高准确性的开关信息,便于作为同步整流设计的参考。最后,仿真和实验结果验证了该模型的准确性和有效性。     

新型可实现宽范围电压输出的变换器的分析与仿真

本文提出一种新型的平方型变换器，该变换器的特点是：转换比等于D^2（这里D是占空比)；具有很宽的电际转换比范围。因为该变换器可能涉及多个工作模式，所以就涉及到对该变换器的数学模型的分析．本文采用状态空间平均模型在各种不同工作模式下对该变换器进行分析。并且用实验对这些模型的可行性进行了验证。     

通过小信号环路估计DC-DC开关变换器的大信号稳定区域预测

基于经典线性频域理论可设计DC-DC开关变换器的相对稳定性,系统在小信号扰动下的工作特性得以简便地预测与校正。由于环路增益设计通常留有足够的稳态裕量,因此闭环控制系统也可达到一定范围内的大信号稳定。本文以平均电流控制Boost变换器为典型研究对象,通过建立Boost变换器的控制模型分析其大信号稳定性。借助范数不等式推导出Boost变换器的充分稳定条件,以此估计出系统的稳定区域,并揭示小信号环路增益对大信号稳定区域的影响。最后,通过搭建实验样机验证了该思路的正确性。     

平均电流控制下的DC/DC变换器大小信号统一动态模型

提出了适合平均电流控制下DC/DC开关变换器的大小信号统一模型.此模型可用于Buck、Boost和Buck-Boost变换器.它由两部份组成:一部份是开关变换器的平均电路模型;另一部分是平均电流控制器的电路模型.以平均电流控制下的Boost变换器为例,通过实验证明所提出的模型能够准确地预测平均电流控制下DC/DC变换器的稳态、小信号和大信号动态特性.     

Buck变换器的多频率矩阵模型及其在分布式供电系统中的应用

电力电子变换器是频域内典型的单输入多输出系统,当输入某一频率的扰动信号时,变换器各状态变量既包含扰动频率分量,也包含与扰动相关的边带频率成分。在包含多个电力电子变换器的分布式供电系统中,一个变换器的开关纹波为另一个变换器的扰动,这种相互作用在某些情况下可能会导致母线电压差频振荡从而影响系统电能质量。然而,传统小信号模型以单个变换器的分析和设计为背景提出,主要用于描述变换器的低频特性。由于这些模型忽略了开关变换器的很多固有特性,因此不能准确地分析上述变换器之间在开关频率附近的相互作用。为此,提出了一种新的矩阵小信号模型并以Buck变换器为例进行了详细的说明。该模型可以准确地描述变换器的单输入多输出特性,并解释分布式供电系统中电力电子变换器相互作用导致的母线电压差频振荡现象。对比结果表明,传统的平均小信号模型和多频率小信号模型都是所提出的矩阵模型在不同情况下的近似。仿真和实验结果证明了所提模型的准确性和有效性。     

基于简化统一模型的DC-DC开关变换器数字优化控制策略

在DC-DC开关变换器大信号运行过程中,变换器的运行模式并不是唯一的。为得到适用于电感电流连续导通模式(CCM)和不连续导通模式(DCM)下DC-DC开关变换器易于实现的数字控制策略,提出了一种基于变换器简化统一离散模型的数字优化控制策略。通过将基于两种运行模式的统一离散模型系数矩阵中的幂指数函数进行线性化处理,得到变换器简化的统一离散模型;基于简化模型的电压电流特性,设计优化目标函数;根据模型的递推状态,最小化目标函数进行优化控制决策;由模型根据递推状态和优化控制进行模型运行模式决策,模型的输出为实际系统提供优化轨迹;根据实际变换器系统与模型输出的偏差来修正优化控制,以补偿实际系统中因寄生参数引起的控制偏差。以Boost变换器为例,建立了变换器的简化统一离散模型,求取了优化控制量,采用数字PI控制器调节控制修正量。仿真和实验结果验证了控制策略能在启动过程中实现对变换器输出电压的快速、无过冲控制,及各种扰动工作条件下对变换器输出电压准确、快速的控制。     

SG3525在Buck直流变换器中的应用

针对Buck变换器这样一个非线性、时变、周期性系统,采用平均开关模型方法建立了CCMBuck变换器的小信号模型,得到了相应的交流小信号传递函数。利用SG3525实现有源超前滞后补偿网络对闭环系统进行了校正,实验结果验证了模型和控制方法的合理性。     

多元件功率谐振变换器的小信号模型

本文介绍了一种基于基频分量近似法的小信号建模方法,目的是解决谐振变换器的控制模型问题。文章以一种多元件级联式谐振变换器为例,运用该方法建立其小信号模型,并且在简化分析的基础上得出相应的等效电路和频率响应图。     

同步整流Buck变换器断续工作模式建模分析

作者运用能量守恒原理 ,考虑电感电流的纹波和开关器件的导通损耗 ,把非理想功率开关等效为理想开关与开通电阻的串联 ,理想开关由受控源替代 ,推导了同步整流Buck变换器在断续工作模式下的大信号平均模型、DC和小信号电路模型 ,导出了开环传递函数 ,进行了计算机仿真分析 ,结果令人满意。该建模分析方法的优点是考虑了电感电流的纹波和变换器的寄生电阻 ,模型直观、物理意义清晰 ,具有实用价值     

升压变换器动态响应特性

研究了直流升压变换器动态响应特性。运用小信号的分析方法建立了直流升压变换器的动态模型,分析了系统的动态响应时间与各个器件之间的关系,计算了升压变换器反馈控制回路的补偿函数,从而提高变换器的静态性能和动态性能。仿真分析和实验研究验证了该动态模型的合理性。     

双母线直流微电网的级联稳定性分析

双母线直流微电网因具有供电可靠、负载匹配性高、接入中低压配电网系统灵活方便等特点,逐渐成为未来家庭和楼宇的主要供电架构之一,而级联稳定性分析是其设计中的重要问题.对双母线直流微电网在不同稳态运行模式下的级联小信号稳定性进行分析,利用广义状态空间建模法、传统状态空间平均建模法建立变换器的阻抗模型,根据系统各单元稳态运行模式的源荷属性提出4种模式,并利用阻抗比判据判定系统的小信号稳定性.仿真结果表明,在轻载模式下系统的稳定裕度最小,其中双有源桥、光伏变换器的阻抗特性不受功率交互的影响且一直具有负阻抗特性,而储能单元仅在作为负荷时具有负阻抗特性.对比3种无源阻抗方案以改善负载阻抗特性,提高系统的稳定裕度.实验结果表明:加入无源阻抗后轻载模式的负载电流纹波系数从14.3％下降至1.9％,可见无源阻抗可以改善负载阻抗特性,提高系统的稳定性和抗扰性能.     

双馈风电场接入交流或交直流混合系统低频振荡 模态对比分析

目前,风电并入交直流混合系统低频振荡模态研究未见文献报道。在PSASP中搭建了CEPRI36节点系统中含双馈风电场的纯交流系统和交直流混合系统的小信号稳定性分析的详细模型。对计及了风力机传动链、双馈发电机、变换器和直流输电动态模型及其控制策略,且直流系统运行在双极两端中性点接地、单极大地回线、单极金属回线、单极双导线并联大地回线四种不同接线方式下的小信号稳定性进行了仿真。从双馈风电场接入交流或交直流混合系统并参与有功或无功调度两种运行方式角度,采用模态分析法进行了电网区间和局部区域低频振荡模态对比分析。结果表明：双馈风电场接入交直流混合系统的低频振荡特性不仅与直流线路运行接线方式存在关联,而且受接入的风电场运行方式影响。与接入交流系统比较,接入交直流混合系统区间振荡的恶化程度变大、稳定裕度更差。     

高肇直流融冰运行模式下无功功率和谐波特性分析

为研究高肇（高坡一肇庆）直流融冰模式、正常模式的无功特性和谐波特性,基于EMTDC搭建了±500kV高肇直流背靠背融冰详细模型并重点针对融冰模式、正常模式下换流站的无功特性和交直流侧谐波特性进行仿真研究。仿真结果表明：高坡站融冰模式的无功消耗比正常模式略大,肇庆站融冰模式的无功消耗则比正常模式略小;融冰模式下换流站交流谐波电流幅值比正常模式小、畸变率比正常模式大,而交流谐波电压及其畸变率均比正常模式小;融冰模式下同一换流站中两极处于不同的运行状态,两极直流侧谐波特性不相同。该研究结果为高肇直流在融冰方式下滤波器的投切提供一定的理论指导。     

基于参数自适应的直流微源虚拟发电机控制策略

针对分布式电源波动及负载功率突变引起直流微电网母线电压大幅波动的问题,传统虚拟直流电机控制通过模拟直流电机外特性,可抑制母线电压波动,但动态响应较差。对此,提出一种参数自适应的虚拟直流发电机控制策略。以Buck/Boost变换器作为研究对象,结合下垂控制将虚拟直流发电机应用于多变换器并联系统中。建立其小信号模型,分析关键控制参数变化对系统稳定性的影响,并给出惯性系数和阻尼系数自适应调节方程。最后,搭建仿真模型及StarSim HIL实验平台。结果表明所提控制策略在有效抑制直流母线电压波动的同时,使系统具有较快的动态响应速度。     

张北数据港柔性变电站DC/AC变流器关键控制策略

柔性直流输电是实现新能源并网和直流电网的极具潜力的输电方式。文中在张北数据港设计构造了一台柔性直流输电系统用DC/AC变流器。所设计的变流器采用多变流器并联+z型接地变压器结构。为抑制离网下由于负荷特性而造成的输出电压不平衡与输出电压畸变问题,分别提出了变流器输出电压不平衡控制策略与输出电压谐波抑制策略,以保证设备的供电质量。为保证设备的不间断供电并提高设备的供电可靠性,提出一种主动限流控制策略,在设备离网供电模式下电力系统发生短路故障时进行主动限流。最后,搭建了2.5 MW DC/AC变流器进行实验研究。实验结果验证了所提控制策略的有效性。目前,该装置已应用于张北数据港柔性变电站。     

多换流器并联的交直流配电网潮流计算方法

针对多换流器并联的交直流配电网潮流计算展开研究,提出了基于虚拟主从策略的潮流计算方法。将多换流器并联的直流母线视为平衡节点,利用该节点上的功率平衡方程以及Udc=f(P)下垂特性方程,将首编号换流器定义为虚拟主换流器,推导得到其功率与其他换流器下垂特性曲线的关系式,实现该换流器功率与母线直流电压的求解;将其他换流器定位为虚拟从换流器,按照P=f(Udc)下垂曲线进行功率更新,解决了多换流器同时控制平衡节点电压的潮流计算难题。通过算例测试验证了所提算法的有效性和正确性。     

基于伪滑模控制的模块化超导储能系统电网电压补偿算法

提出了一种基于伪滑模控制的模块化超导储能系统电网电压补偿算法。该算法以滑动模态为核心,采用具有滞环的变结构控制有效降低了标准滑模控制的抖动问题,使换流器能够快速补偿负载端电压凹陷并滤除电网谐波,保证电压敏感负荷在电压受到干扰的情况下正常工作。基于级联型换流器数学模型,分析了伪滑模变结构控制的工作特性及其与电路参数之间的关系。仿真结果表明,采用滞环伪滑模控制的超导储能系统能够在系统干扰较大的情况下保持控制的稳定性,迅速跟踪指令信号,动态响应时间在1ms之内,具有良好的鲁棒性与实时性。     

交直流电力系统概率潮流计算

基于概率理论的解析法,提出了包含直流系统的概率潮流模型。以节点注入功率和PV节点电压运行曲线构成系统的多运行方式,并计及节点注入之间的相关性,对交直流电力系统进行概率潮流计算,获得了节点电压及直流系统变量的均值和协方差。由随机变量数字特征的基本性质和交流系统概率潮流计算的原理,在直角坐标系下推导了不同直流控制方式的交直流概率潮流算式。以整流器定电流控制、逆变器定电压控制为例,在改造后的新英格兰39节点系统上计算了节点电压及换流器各角度的均值和标准差,分析结果表明了所提算法的有效性。     

分数阶Buck变换器的最优pIλDμ控制

利用分数阶微积分理论建立Buck变换器的分数阶数学模型和分数阶状态平均模型,研究分数阶Buck变换器的电感分数阶次α、电容分数阶次β对其频域特性的影响。基于Buck变换器的分数阶模型,提出分数阶PI_λD_μ控制方法,构建基于电压型控制的分数阶Buck变换器反馈控制系统,利用遗传算法对分数阶PI_λD_μ控制器参数进行优化整定以获取系统最优控制性能,仿真实验结果表明系统在输入电压扰动、负载扰动下均获得良好的动态、稳态性能,对反馈控制系统参考电压扰动有良好的跟随性能,该方法可以改善分数阶Buck变换器系统的综合控制性能,提高系统的控制鲁棒性。