一种基于四开关Buck-Boost变换器的四模式控制策略

四开关Buck-Boost变换器(Four-Switch Buck-Boost Converter, FSBB)电路工作在Buck和Boost两种工作模式时可以获得更高的工作效率,但是在两种模式之间相互切换时,就会出现影响变换器性能的盲区。通过分析四开关变换器输入输出电压的转换比和开关管占空比之间的关系,从而推导出盲区产生的原因,并对传统的两模式控制策略加以改进,提出了一种电压控制带补偿的四模式控制策略,使开关管在全部工作电压范围内均可工作于有效占空比区间,从而消除盲区的影响。通过环路补偿网络设计,提高变换器的性能,减小了输入电压、负载等扰动的影响,实现了整个系统的稳定、高效运行。仿真及实验,验证了控制策略正确、可行。     

一种改进的矩阵变换器双电压合成控制策略

在低电压输出时,传统双电压合成控制策略将产生大量窄脉冲,从而引起换流失败及输出波形畸变.针对这种情况,在分析传统的矩阵变换器双电压合成控制策略的特点及窄脉冲引起的换流失败机理后,提出了一种改进的双电压合成控制策略.采用在一个采样周期内,期望输出线电压由一中间输入线电压和一最小输入线电压合成策略,在低电压输出时窄脉冲的数量大约减少80%.改进策略减少了因PWM脉宽小于开关换流所需时间而弓I起的电压误差,使输出电压和输入电流的谐波减少,进而改善了矩阵变换器低电压输出时的控制性能.通过仿真和实验验证了所提出的矩阵变换器改进双电压合成控制的正确性和有效性.     

矩阵变换器双电压简化控制策略

针对矩阵变换器双电压控制策略的简化进行了深入研究,将占空比系数的合成进行规律化,总结出占空比系数的一般表达式,该表达式适用于所有输入、输出相区组合。在分析原点开关的基础上,提出一个表示输入电压极值相正负极性的中间变量,制定输出新区新的划分原则,使新输出相区数目仅是传统输出相区数目的一半,并给出在新相区下占空比系数表达式变量的选择依据。简化控制策略无需进行复杂的输入、输出相区组合。搭建原理样机,用实验验证了简化控制策略的正确性与可行性。     

双电压合成矩阵变换器的新型扇区划分

在研究传统矩阵变换器双电压控制策略的基础上,提出了一种新型的扇区划分模式,将矩阵变换器的输出扇区由6个扇区减少为3个扇区,因而使输入输出的扇区组合数由36种减少至18种。本文详细介绍了该新型扇区划分方法,并推导了新型扇区判断的数学规则、对应开关管占空比系数的数学表达式以及通用化的输出线电压的合成表达式,简化了双电压控制策略的实现过程。本文所提出的新型扇区划分模式在原理和输入输出性能上同传统双电压控制方法完全等效,在不平衡的输入下同样能够得到对称的三相输出电压,继承了传统双电压控制策略的优点。最后,通过仿真与实验验证了该新型扇区划分方法的有效性。     

带三模式前馈四开关变换器平滑切换控制策略

四开关Buck-Boost(FSBB)变换器是近年来在光伏模块与集成电力电子领域引起广泛关注的一种拓扑。针对变换器运行死区导致输出电压瞬变和Boost模式右半平面零点限制系统带宽导致动态响应变慢等问题,提出了一种消除死区的带三模式输入电压前馈复合双闭环控制策略。首先通过分析改进三模式控制策略中占空比与电压增益之间的关系来消除死区,然后建立小信号模型推导关键传递函数,进而在电压电流双闭环控制的基础上推导三模式下相应的输入电压前馈函数。通过闭环输入到输出的对比分析证明系统动态性能得到有效提升,实现了系统的稳定运行和模式的近似平滑切换。建立的Matlab仿真模型与实验室的实物平台验证了所提策略的可行性。     

适用于风力发电矩阵式变换器的改进双电压控制策略

矩阵式变换器是风力发电系统中的一种新型电力变换器。在研究矩阵式变换器的双电压控制策略的基础上,以方便、可靠地实现控制策略为目标,提出了双电压控制策略的改进方法。改进的双电压控制策略简化了开关组合,并推导出统一的占空比计算公式,从而减少了系统计算量,方便了编程实现,提高了程序的效率和实时性。在MATLAB/Simulink仿真研究的基础上,研制了矩阵式变换器样机进行实验研究,仿真及实验结果验证了改进后控制策略的可行性和优越性。     

双电压合成矩阵变换器特性与电压扇区的关系分析

在双电压合成矩阵变换器中,需要将每个周期内的输入、输出电压划分成若干扇区。根据不同的划分方法,扇区的形状可以是S形或X形。首先对双电压合成方程的一般形式占空比的计算方法进行了改进。然后研究了输入、输出电压扇区形状的四种组合即{X,X}、{X,S}、{S,X}、{S,S}。针对每一种组合研究了矩阵变换器特性与相应扇区组合的关系。这些特性包括“原点开关”的存在性、最大电压增益及输入电流波形。通过分析比较得出,最佳输入、输出电压扇区组合是{S,X}。这种组合存在“原点开关”。便于实现,能够同时获得最大的电压增益和对称的正弦输入电流,功率因数可以达到1。通过仿真分析验证了结论的正确性。     

矩阵变换器双电压闭环控制策略改进研究

针对采用双电压合成控制的矩阵变换器(MC),研究设计一种新型闭环控制策略。该闭环控制策略依据双电压控制的MC占空比计算特性,计算得到理想输入电压占空比与等效输入电压占空比的偏差,将计算得到的电压占空比偏差作为闭环系统的负反馈变量加到下一个占空比计算周期内,以此达到闭环控制的目的。利用提出的闭环控制策略,解决MC输出侧电压性能受输入侧电压畸变以及MC内部器件性能不理想等因素的影响,保证MC的实际输出电压更好地达到期望电压,改善其受到扰动后输出电压质量降低情况,提高输出性能。实验结果表明:采用此新型闭环控制方法的MC输出电压更加接近期望电压,输出电流波形更加平滑,输出电压质量更加理想。     

组合式交流变换器研究

输入串联、输出并联变换器,能降低变压器输入侧开关管的电压应力和输出侧开关管的电流应力,适用于高输入电压、低输出电压电能变换场合.基于模块化思想,提出了一种输入串联、输出并联组合式电流源高频环节交流变换器,研究了其工作原理和控制策略,此控制策略实现了该变换器的均压均流控制.通过样机实验验证了输入串联、输出并联电流源高频环...     

基于双电压控制策略的矩阵式变换器研究

讨论了基于双电压瞬时值控制的矩阵变换器的开关状态及控制函数,系统地分析了当输入不对称或不平衡时,矩阵式变换器的双电压瞬时值控制的原理和该控制策略下输出电压的合成规律。最后通过仿真和实验结果分析,给出了电压、电流的波形,验证了该控制策略具有良好的抗干扰性能。     

Direct power control of PWM converter without power-source voltagesensors

This paper proposes a novel control strategy of a pulsewidth modulation (PWM) converter with no power-source voltage sensors. The strategy has two main features to improve a total power factor and efficiency, taking harmonic components into account without detecting the voltage waveforms. One feature is a direct instantaneous power control technique for the converter, which has been developed to control the instantaneous active and reactive power directly by selecting the optimum switching state of the converter. The other feature is an estimation technique of the power-source voltages, which can be performed by calculating the active and reactive power for each switching state of the converter from the line currents. A digital-signal-processor-based experimental system was developed, and experimental tests were conducted to examine the controllability. As a result, it was confirmed that the total power factor and efficiency were more than 97% and 93% over the load power range from 200 to 1400 W, respectively. These results have proven the excellent performance of the proposed system     

矩阵变换器两种调制策略的比较与分析

对矩阵变换器的两种调制策略进行了分析比较,证明了两者占空比之间的相等关系,指出双电压调制法只是零矢量中置空间矢量调制法调换导通次序的另一种形式。两种调制法均能实现在输入电压不平衡时的控制,且占空比计算都较为简单,但是采用空间矢量调制法可以完全消除窄脉冲,且能够较为方便地进行电压补偿操作。分析了两种方法对开关损耗的影响。由于空间矢量调制法为了消除窄脉冲、提高输出波形质量,在换流时的输出电压在大压差之间反复变化,造成了开关损耗大大上升,而双电压调制法在选通输入电压时均是按电压高低依次排列,因此双电压调制法的开关损耗较小。故在选择消除窄脉冲和降低开关损耗之间,必须折衷考虑具体选择哪种调制顺序,也可以交替使用,兼有两者的优点。     

Expert system for voltage control in restoration of EHV power system following complete blackout

This paper considers voltage control in restoration of EHV power systems. Restoration of a power system is performed by energizing transmission lines sequentially from initial power sources. These operations have already been programmed into an expert system developed by the authors. However, energizing no-load transmission lines causes some bus voltages to rise 20 percent more than rated voltages, and transformers can tolerate a 20 percent voltage rise only for 1 min. Here, the expert system is supplemented with a function for checking bus voltages and reactive powers of initial sources, and which automatically switches on reactors. Conditions for switching reactors and selecting appropriate reactors are written by rules, hence they are easy to modify. The target of voltage control is to keep bus voltages with in ±5 percent, and to keep reactive powers of generators within 30 percent of generator capacity. Applying this method to three basic restoration patterns of a model power system shows that small adjustment of switching conditions is sufficient for two patterns, and some modification of the restoration procedure is necessary for the other pattern to obtain good voltage profiles through the restoration process.     

VSC-HVDC输电系统模式切换控制策略

分析了基于电压源换流器的高压直流(VSC-HVDC)输电系统在定直流电压控制端交流电网故障下的模式切换控制策略,提出了基于滞环和本地直流电压检测的模式切换控制,并给出了该控制的实现方法。推导了正常运行时VSC-HVDC输电系统直流功率与两侧换流器直流电压的关系式,给出了定有功功率控制端的直流电压正常工作范围的计算方法,提出了模式切换控制策略中直流电压阈值和故障穿越期间直流电压参考值的确定方法。最后,PSCAD/EMTDC仿真验证了在不同故障类型和不同运行方式下VSC-HVDC输电系统模式切换控制策略的有效性;仿真结果表明,该直流电压阈值和参考值的确定方法能够为模式切换控制策略的指令值整定与配合提供可靠参考。     

适用于Boost三电平变换器的模型预测控制方法

相比于传统的双闭环控制,模型预测控制(MPC)具有动态响应快、无需调节PI参数以及可以增加系统状态变量约束等优点,被广泛应用于DC-DC变换器的控制中。而在大多数的研究中,一般采用的是有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)方法,但这种控制方法无法提供固定的开关频率。因此,针对Boost三电平变换器,提出了一种基于连续控制集模型预测控制(CCS-MPC)的固定开关频率控制方法,其可同时实现输出电压控制以及平衡输出侧中点电位2个控制目标,并且在评价函数中无需调节不同控制目标的权重系数,简化了控制器参数设计难度。通过MATLAB/Simulink软件和dSPACE实时仿真系统进行仿真与实验,结果都证明了理论分析的正确性。     

软开关推挽式高频链逆变器

提出一种新颖的单级式推挽高频链逆变器拓扑,变压器初级侧采用电源端串接一个开关管的三管推挽结构,次级侧采用双绕组全波式周波变换器结构。该类逆变器具有拓扑简洁、初次级开关管均可在宽输出电流区间范围内实现零电压开通、变换效率高等优点。电路采用正弦脉宽脉位调制策略,变压器初级侧辅助开关管的工作频率是另外2个开关管的2倍,除去死区时间,辅管的驱动信号逻辑上是另外2个开关管驱动信号的与非关系。详细分析了各工作模态,讨论了次级占空比丢失、软开关实现条件及特殊变压器设计的关键电路参数设计准则等。最后,制作了一台输入40~60 V DC、输出110V AC、额定功率660 W的原理样机,实验波形及较高的变换效率验证了所提拓扑的正确性。     

应用于电动汽车充电的变频-移相控制方法LLC谐振变换器

LLC谐振变换器有着宽输入范围,良好的软开关特性以及在谐振点降压和谐振点两侧升降压的特性,广泛应用于电动汽车,新能源以及航天系统中。本文研究了LLC 谐振变换器在电动汽车充电领域内的应用,根据电动汽车充电时的输入电压不同及充电所需电压不同,LLC谐振变换器可以在谐振点两侧及谐振点分别使用变频-移相的方式进行调节使其满足充电条件,通过对LLC谐振变换器的拓扑分析,采用了合适的调制策略和控制策略,最终使用变频+移相的控制方式让LLC变换器始终运行在电动汽车充电需求范围内,并实现了升降压以及软开关功能。最后通过Matlab/Simulink进行仿真以及实验,验证了本文研究内容的可行性。     

基于模型预测的PWM整流器直接功率控制

提出了一种新型的控制策略,将模型预测(Model Predict Control,MPC)控制应用于PWM整流器的直接功率控制(Direct Power Control,DPC)中。这种控制方法是在开关频率固定的情况下以功率误差最小为原则来选择最佳的电压矢量。此外,还设计了控制延时补偿方案,用以消除控制延时所产生的功率误差。实验结果表明这种控制策略不仅实现了网侧电流正弦化和单位功率因数,而且还获得了更好的稳态性能和更快的动态响应速度。该控制策略以新颖的方法实现了定频直接功率控制,简化了整流器系统参数的设计。     

π型Buck-Boost交流变换器

提出一种对称结构π型Buck-Boost交流变换器及其变结构控制策略。该变换器由Buck交流单元和Boost交流单元组成,与级联式两级电路相比,省去前级LC输出滤波器,简化了电路结构。根据前、后单元的工作与否,π型交流变换器存在4种工作模式:Buck模式、Boost模式、直通模式和Buck-Boost模式。通过等效改变电路结构,变结构控制策略使得π型Buck-Boost交流变换器只有3种工作模式:Buck模式、Boost模式和直通模式。π型Buck-Boost交流变换器虽然具有两个独立的控制对象、采用两级占空比调制,但实际上最多只有一级功率变换,且存在直接功率传递通路,适用于稳压或调压应用场合。