交错并联磁集成双向DC/DC变换器的设计准则

双向DC/DC变换器中大功率储能电感的设计是一件困难而具有挑战性的工作,提出研究双向DC/DC变换器的交错并联磁集成理论以克服这一困难。将三相Buck+Boost双向DC/DC变换器的所有相电感集成为一个耦合电感,对磁集成后变换器运行在Buck模式下的稳态电流纹波和暂态响应速度进行深入研究,给出三相Buck+Boost交错并联磁集成双向DC/DC变换器运行在Buck模式下的设计准则,即在设计这种变换器时,应根据占空比的大小及稳态相电流纹波和暂态总输出电流响应速度的技术要求,利用该文所给出的设计公式和设计区域选择磁集成耦合电感的反向耦合系数。仿真和实验验证了理论分析的正确性。     

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。     

基于非对称耦合电感的交错并联磁集成软开关双向DC/DC变换器的研究

为了解决传统双向DC/DC变换器的损耗较大和效率较低等实际问题,提出了一种将交错并联磁集成技术与软开关技术相结合的控制方法。首先,以非对称耦合电感的交错并联磁集成双向DC/DC变换器为研究实例,分析了当变换器分别运行在一、二、四相电感时的3种工作状态;然后,在每种状态下,分别讨论了电感反向电流的持续时间和死区时间,从而总结出了变换器运行在每种状态下可以实现零电压开关ZVS（zero-voltage switch）的条件;最后,通过实验验证了理论分析的正确性,证实了该设计方案的实用性。     

交错并联磁集成软开关双向DC/DC变换器的研究

交错并联磁集成软开关技术可以减小变换器输出电流纹波,提高动态响应,减小开关损耗。介绍了一种交错并联磁集成双向DC/DC变换器电路拓扑结构,该变换器具有开关器件电压应力低,输入输出电压变比大的优点。分析了变换器在Boost和Buck模式下的工作模态,并推导了稳态工作时的基本方程,获得了稳态电压增益,通过等效电感分析了输出稳态纹波与动态响应和集成电感耦合系数的关系,并给出了设计范围,利用阵列式磁芯设计了耦合电感,并给出了设计方法。采用交错并联磁集成技术,减小了输入输出电流纹波;给出了软开关的实现条件,可以实现所有开关管的零电压开关(ZVS)导通,减小了开关损耗。研制了原理样机,通过实验验证了理论分析的正确性。     

交错并联磁集成开关电感双向DC/DC变换器

提出一种具有开关电感的交错并联磁集成双向DC/DC变换器,利用开关电感替代传统双向DC/DC变换器中的储能电感,并将所有电感集成为一个耦合电感,充分减小了磁性器件的体积,优化了变换器暂稳态性能。分析了变换器的工作模态,推导得到了变换器电压增益表达式,通过对变换器暂稳态电感的研究对其暂稳态性能进行了深入探讨,并通过推导得出该类变换器耦合电感耦合度的设计准则,同时提出了一种该变换器耦合电感的设计方法。交错并联磁集成开关电感双向DC/DC变换器Boost模式的电压增益是传统变换器的(1+D)倍,使输入输出电流纹波得到减少,同时提高了变换器的动态响应速度。     

交错并联磁集成双向DC/DC变换器的工作相数控制

在采用四相交错并联双向DC/DC变换器(BDC)拓扑的基础上,将变换器的4个分立电感磁集成为两个反向耦合电感,以减小开关器件及电感器的电流幅值和纹波,从而减小有源和无源损耗,消除局部过热点;分析了变换器的开关损耗和耦合电感损耗,提出了变换器的工作相数控制方法。实验验证了交错并联磁集成BDC损耗计算公式的正确性及工作相数控制方法的有效性。     

交错并联BDC中耦合电感的优化设计

以三通道Buck+Boost交错并联磁集成双向DC/DC变换器(BDC)为例,分析了三相电感全部进行反向耦合且占空比在0～1的范围内变化时,变换器在Buck模式下的工作模态及其等效电感,进而推导出稳态电流纹波、暂态电流响应速度与占空比和电感耦合系数之间的关系.最后,得出耦合电感的优化设计方法.通过实验和仿真验证了电感优化设计理论的正确性.     

一种交错并联零电流软开关双向DC/DC变换器设计*

针对传统交错并联式双向DC/DC变换器在高频大功率工作时,开关管损耗大的问题,设计了一种零电流软开关交错并联式双向DC/DC变换器;通过在开关过程前后引入谐振,实现零电流开通和零电流关断,降低开关损耗;进一步分时段模态分析了Boost/Buck模式下的电路工作机理,并在其基础上提出了一种适用于特定占空比的改进型零电流软开关双向DC/DC变换器。最后,通过仿真对比,验证了所设计零电流软开关变换器能量转换效率得到了提高。     

磁集成式双向DC/DC变换器的DCM模式分析

现有的关于双向DC/DC变换器的研究大多是分析在continuous current mode(CCM)的工作模式,而双向DC/DC变换器的discontinuous current mode(DCM)的工作模式少有人研究。然而,DCM模式被广泛应用在双向DC/DC变换器中,而且轻载时变换器的效率对延长装置的使用寿命至关重要。详细分析了双向DC/DC变换器Buck工作模态的DCM工作模式,此分析方法也可以扩展到N相双向DC/DC变换器。控制脉冲由TMS320F2812产生,闭环控制采用误差动作影响小、增量式与最近采样值无关和进行切换时,冲击较小的增量式PI算法,这样可以使输出电压和电流更加稳定。通过仿真和实验验证了理论分析的正确性。     

四相交错并联双向DC-DC变换器中耦合电感的设计准则

深入研究了四相Buck+Boost交错并联双向DC-DC磁集成变换器运行在Buck模式下的稳态电流纹波和暂态电流响应速度,同时研究了耦合电感的非对称性对变换器性能的影响,通过分析磁集成变换器的占空比和电感耦合系数对稳态电流纹波和暂态电流响应速度的影响,总结出四相Buck+Boost交错并联双向DC-DC非对称磁集成变换器运行在Buck模式下的设计准则,即在设计这种非对称变换器时,利用给出的设计公式和设计区域选择相关参数。最后,通过实验验证了理论分析的正确性。     

集成直流断路器功能的高压大容量DC/DC变换器

高压大容量DC/DC变换器是直流电网中电压变换的关键设备。提出一种集成直流断路器功能的高压大容量DC/DC变换器,利用变换器自身控制实现直流侧短路故障阻断功能,具有轻量化、低成本、高效率的优势。首先,分析该变换器的拓扑结构、工作原理,推导子模块、晶闸管、二极管等器件的参数设计依据;然后,提出闭锁子模块和晶闸管阻断故障电流的机制,设计适应于该变换器的控制方案;其次,分别针对正常工况与故障工况进行了仿真与实验验证,结果表明该变换器拓扑结构及控制策略的有效性;最后,通过与其他典型的集成直流断路器功能的DC/DC拓扑进行对比分析,评估所提变换器的技术经济性。     

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。     

Boost DC/DC变换器输出阻抗研究

在直流微电网中,变换器是一个极其重要的单元,对其阻抗特性及稳定性研究很关键。文章基于Boost DC/DC变换器,从电路参数(电感电容等)的角度,在连续导电模式下,根据控制方式的不同对其输出阻抗进行小信号建模,进而理论和实验相结合分析输出阻抗的特性,为制定微电网直流分布系统中变换器的阻抗标准提供了参考依据。最后搭建的一个级联式DC/DC变换器系统对阻抗比(前级输出阻抗与后级输入阻抗模之比)进行测量,并根据阻抗比稳定性判据对系统的稳定性进行判断。分析组成级联系统负载级的线路参数对系统稳定性的影响,总结规律与结论,从而对直流微电网进行稳定性分析。     

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。     

直/直变换器输入滤波器的设计

基于MiddleBrook's Extra Element Theorem,分析了输入滤波器与DC/DC变换器之间的相互作用.给出输入滤波器的设计准则:既能限制谐振峰值和保证稳态滤波效果,同时不影响变换器稳定性和抗扰能力,并给出单级式输入滤波器和多级式输入滤波器的具体设计方法.仿真和实验表明,按该方法设计的输入滤波器,具有体积小、重量轻、损耗低、谐振峰值低及衰减速率快等优点,在开关变换器场合具有重要应用价值.     

双向直流变换器控制方法

双向直流变换器配合蓄电池或超级电容等化学储能元件应用在具有直流母线支撑的系统中时,其主要控制目标为结合储能元件的荷电状态实现负载的稳定工作。当负载功率大于主供电功率时,控制储能元件释放能量以满足负载功率需求;当负载功率小于主供电功率时,控制储能元件吸收能量以避免母线电压上升。归纳和总结了现有的双向控制方法,详细分析了储能系统中变换器两端均为直流源的应用场合时双向直流变换器的双向切换原理,重点研究了采用带有方向信息的电感电流平均值作为电流内环、直流母线电压作为电压外环的双向控制方法。针对该控制方法中存在的母线电压波动和电池频繁充放电的问题,阐述了相应的优化措施。     

模拟直流电机调速特性的双向DC/DC变换器虚拟直流电机控制策略

传统虚拟直流电机VDCM(Virtual DC Machine)控制策略未考虑直流电机转速动态调节问题,不能够在直流母线电压变化瞬间起调节作用。对此,提出一种模拟直流电机闭环调速的储能侧双向DC/DC变换器新型VDCM控制策略。对直流电机与双向DC/DC变换器在数学模型和控制策略上进行联系等效与差异剖析,模拟直流电机定转子绕组间的电磁感应作用,将直流电机动态数学模型嵌入P-U下垂控制中,使其兼备电压动态调节能力和惯性阻尼特性。对采用新型VDCM控制策略前、后的作用效果进行对比,仿真和实验结果表明该控制策略能够在提升母线电压动态调节特性的同时,增强惯性调节和阻尼效果,在负载切换或分布式发电单元输出功率波动时维持直流微电网稳定运行。     

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。     

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。     

关于电力通信用DC/DC馈线短路问题的研究

分析了电力专用通信DC/DC直接挂于操作电源直流母线上,当发生馈线短路故障时DC/DC因自身短路保护而导致馈线开关不能可靠跳闸的问题,试验验证了此问题发生的机理,以及在DC/DC输出母线并联适当电解电容解决此问题的有效性.