DC/DC变换器精确频响特性分析与测量

采用一种非平均模型法对DC/DC变换器的精确频响特性如输入阻抗、输入输出电压传递函数等进行了分析.由于电力电子变换器同时具有连续和离散时间系统特性,平均模型法和离散模型法均不能对其进行精确的动态特性分析.提出将DC/DC变换器的切换开关等效成一个时变电路,从而将整个系统看成一个线性时变系统,使系统同时具备精确性和易于分析性.在此基础上,对DC/DC变换器的频响特性进行了解析求解分析和实验测量.实验证明,该方法克服了平均模型法和离散模型法的频率范围限制,在开关频率附近及开关频率之上均能精确反映DC/DC变换器的动态特性.     

电力电子变压器用混合三电平双向DC/DC功率模块设计

高压隔离双向DC/DC变换器模块是电力电子变压器电压隔离和变换中的主要环节。为提升模块高压侧直流工作电压,减少模块级联数量,降低功率变换部分的占地尺寸和控制复杂度,采用混合三电平拓扑设计电力电子变压器功率模块。分析混合三电平双向DC/DC变换器的工作原理,对电路中的主要参数进行设计,并基于SiC功率器件完成了样机的设计,最后对样机进行了试验验证。试验结果表明,混合三电平双向DC/DC变换器工作特性与传统全桥双向DC/DC变换器一致,效率最高达到98.7%。三电平双向DC/DC变换器以较低成本和控制复杂度,提高了子模块高压侧直流工作电压,使电力电子变压器系统功率模块数量减半,有效降低了电力电子变压器的尺寸。     

基于离散演化映射的DC/DC变换器混合逻辑动态建模

针对传统DC/DC变换器模型存在计算量大、进行了大量近似、不能反映电流纹波特性等不足,有机结合哈密顿原理和混杂系统理论,提出基于离散演化映射的DC/DC变换器混合逻辑动态建模方法。以Buck变换器为例,首先采用变分积分器对其进行离散化得到离散演化映射模型,然后基于混杂系统理论将CCM和DCM模式进行统一,进而得到混合逻辑动态模型。结果表明,所建立模型计算量小、精确度高,能完整描述系统的各个工作状态且能反映电感电流纹波等动态特性,为DC/DC变换器建模方法提供了新的思路。     

DC/DC变换器的切换仿射线性系统模型及控制

DC/DC变换器控制的主要难点之一在于它所特有的混杂特性。从切换线性系统理论及无源系统理论角度提出了DC/DC变换器建模和调节问题的新方法。首先建立基本DC/DC变换器Buck、Boost和Buck-Boost的切换仿射线性系统模型,然后根据凸组合稳定条件及无源性理论,选取电感和电容的储能函数为各切换子系统的共同Lyapunov函数,据此划分各子系统的运行区域,构造切换律保证系统在任意切换下的二次稳定,最后进行了仿真分析和验证。所提出方法不仅适用于开关变换电路的控制,亦适用于其他具有端口受控哈密顿结构的切换系统的控制。     

BUCK DC/DC变换器分岔和混沌的精确离散模型及实验研究

用数学模型精确地描述以及用实验验证DC／DC变换器的分岔和混沌现象一直具有较大的难度，从而导致以往理论研究结果的真实性受到质疑。为此该文以Buck DC／DC变换器为具体研究对象，提出其分岔和混沌分析精确离散建模方法，建立了它的精确离散数学模型。基于此模型进一步分析Buck DC／DC变换器分岔稳定性和混沌特性，改进了现有近似的模型的研究结果。同时文中还进行了丰富的实验研究，证实了该文精确数学模型的正确性，并实际展现了Buck DC／DC变换器从分岔至混沌演化的全过程。该文的研究方法也为其它DC／DC变换器的分岔和混沌现象提供了理论和实验基础，具有一般性意义。     

高频隔离光伏并网系统中DC/DC变换器的研究

针对光伏电池阵列的宽输出电压范围特性,为了实现变换器的宽电压输入和输出范围特性,采用滞后臂串阻塞二极管的FB-ZVZCS-PWM变换器拓扑对光伏并网系统中的DC/DC环节进行了设计分析.该电路拓扑通过超前桥臂开并管上并联电容实现ZVS,利用滞后臂串二极管阻止零状态下反向环流的产生从而实现ZCS.论文分析了该变换器的工作...     

DC/DC变换器混合逻辑动态建模与约束优化控制策略

针对电力电子电路DC/DC(直流-直流)变换器同时存在着连续动态和离散切换两种不同类型的的混杂特性,引入N步建模方法,推导出DC/DC变换器的混合逻辑动态模型,用来描述变换器的动态特性、切换规律和系统中的约束关系.在此基础上,考虑控制输入约束和系统状态约束,应用混合整数模型预测控制方法,建立以脉冲宽度调制(PWM)为控制方式的DC/DC变换器状态反馈最优控制系统.数值仿真结果表明:DC/DC变换器基于混合逻辑动态建模的可行性,及在此基础上设计的优化控制系统具有良好的动态特性,并能满足系统的约束限制.     

基于混杂自动机的双向DC/DC变换器建模与控制

双向DC/DC变换器具有实现能量变换的双象限运行特性和多模态的混杂特性。现有模型主要采用平均模型和精确模型,前者忽略了高频动态特性,后者计算量过大,且均未考虑其混杂特性。针对上述问题,建立了双向DC/DC变换器各工作模态的连续状态微分方程,在此基础上基于混杂自动机理论建立了能对其完整描述的混杂自动机模型,基于混杂自动机模型完成了控制算法设计。运用Matlab/Stateflow对该控制算法进行仿真,结果表明混杂自动机模型计算量适中、精确度高、反映了系统的高频动态特性,完整地描述了系统的各个工作模态,兼顾了CCM模式和DCM模式,基于混杂自动机模型的控制算法简单且效果良好,具有实际应用价值。     

全桥型DC/DC变换器的DMC-PID串级控制策略研究

研究了全桥型DC/DC变换器系统的控制方法。针对现有DC/DC变换器动态响应速度慢、抗干扰能力差的现状,提出了基于状态反馈精确线性化的动态矩阵控制-比例积分微分DMC-PID（dynamic matrix control-propor-tional integral differential）串级控制方法。应用状态空间平均法建立全桥型DC/DC变换器系统的非线性模型,通过状态反馈精确线性化后得到线性化系统。为使系统获得优良的控制性能,选取DMC-PID串级控制方法。该控制方法同时具备PID算法的鲁棒性和DMC算法的快速性和稳定性,能有效地解决电源输入电压大范围波动输出电压不能及时稳定的问题。通过仿真分析和实验验证了该方案能在各种扰动工作条件下实现对变换器输出精确、快速的控制。     

适用于ISOS拓扑的高压DC/DC变换器研究

在电力电子变压器和直流配电网等领域,需要采用DC/DC变换器双向传输能量。为了适用不同电压等级电网,研究适用于ISOS拓扑的双向DC/DC变换器,采用双向LLC谐振实现能量双向流动时开关器件的ZVS和准ZCS,使用均压电阻实现系统的稳态均压。首先描述双向LLC谐振变换器的工作波形,然后采用基波分析法对电路的增益特性进行分析。将适用于ISOS拓扑的增益特性及软开关的实现条件作为双向LLC谐振网络设计的依据,并对高频隔离变压器和ISOS拓扑的均压电路进行分析与设计。最后研制2个6.25 kW的变换器,对所提出的设计方法进行验证。试验证实变换器能够实现能量双向传输时开关器件的ZVS和准ZCS,并且能量双向流动时变换器具有相同的增益特性,同时变换器的串联不均压度小于3%。     

柔性直流配电系统线路保护与定值整定

目前,随着电力电子技术的逐渐成熟,柔性直流系统受到广泛关注。作为柔性直流配电系统发展的关键技术,保护所面临的主要挑战是如何利用受限和持续过程极短的故障电流可靠识别和快速隔离故障。文中针对基于具有直流故障隔离能力换流器的柔性直流配电系统,分析了直流线路发生单极接地故障、双极短路故障以及断线故障时的故障特性,提出直流线路的保护方案。同时依据继电保护对四性的要求以及各保护之间的配合关系,确定保护动作的边界条件,反推出保护定值的合理范围,最终形成直流保护定值整定原则和整定计算方法,为实际工程中的保护设计和应用提供了参考。最后,在PSCAD仿真平台搭建仿真模型,仿真结果验证了保护方案的可行性以及保护定值整定的合理性。     

Digital Control Technologies for DC/DC Switching Converters

An overview of recent advances in digital control of low-to medium-power DC/DC switching converters is presented.Traditionally,analog electronics methods have dominated in controlling such DC/DC converters.However,with the steadily decreasing cost of ICs, the feasibility of digitally controlled DC/DC switching converters has increased sig-nificantly.This paper oudines a sample of digital solutions for DC/DC switching converters to enhance the performance of DC/DC switching converters.Furthermore,latest research activities pertaining to applications for steady-state and dy-namic performance improvement,such as efficiency optimization,controller auto tuning,and capacitor charge balance control, is discussed.These applications demonstrate the significant advantages and potentials of digital control.     

多重化双向DC/DC在电动汽车快速充电中应用

分析了锂离子电池充放电特性,建立了电池模型,在此基础上,设计了相应的控制策略。针对目前锂电池分段恒流的快速充电方法,设计了多重化双向DC/DC变换器主电路。在完成主电路建模的基础上,为满足对锂电池低压大电流快速充电的要求,设计了合理的控制策略。搭建了Simulink的仿真模型,对比分析了控制策略的合理性。在实验平台下进一步验证,结果表明,系统具有良好的静动态性能和较高的功率密度。     

基于虚拟惯量的DC换流器并联直流配电网控制策略

直流配电系统中电源或者负荷大多通过DC变换器接入系统,其负阻尼特性会导致系统振荡甚至诱发失稳,直流配电系统的稳定性面临着越来越多的挑战。基于动态导纳建模方法,建立了含多台DC换流器的直流配电系统小扰动稳定模型。基于奈奎斯特稳定判据,分析了并联DC台数、直流配电线路等因素对稳定性的影响。提出了基于虚拟惯量的DC换流器分散控制策略,在不改变平衡运行点的基础上,有效提高了多DC换流器并联的稳定性。最后通过时域仿真验证了所提策略的有效性和正确性。     

计及换流器间动态交互的中压直流配电系统控制参数设计

由于各换流器间存在动态交互作用,使得中压直流(MVDC)配电系统的控制参数设计比单台换流器时困难得多。首先,针对系统中换流器的电流控制环、电压控制环和下垂控制环,依次分别建立了计及换流器间动态交互的开环和闭环传递函数,并且所建传递函数零极点的个数与单台换流器独立运行时完全一致。然后,提出了一种计及换流器间动态交互的MVDC配电系统控制参数设计方法,该方法能够从系统动态稳定性的角度定性定量设计控制参数。该设计方法通过部分零极点的相互抵消,利用一对共轭主导极点准确设计系统动态特性,并在较宽频率范围(如10~50 Hz)内均有效。最后,在电力电子仿真软件PLECS中对所提传递函数和控制参数设计方法进行了仿真验证。     

计及换流器间动态交互的中压直流配电系统控制参数设计

由于各换流器间存在动态交互作用,使得中压直流(MVDC)配电系统的控制参数设计比单台换流器时困难得多。首先,针对系统中换流器的电流控制环、电压控制环和下垂控制环,依次分别建立了计及换流器间动态交互的开环和闭环传递函数,并且所建传递函数零极点的个数与单台换流器独立运行时完全一致。然后,提出了一种计及换流器间动态交互的MVDC配电系统控制参数设计方法,该方法能够从系统动态稳定性的角度定性定量设计控制参数。该设计方法通过部分零极点的相互抵消,利用一对共轭主导极点准确设计系统动态特性,并在较宽频率范围(如10~50 Hz)内均有效。最后,在电力电子仿真软件PLECS中对所提传递函数和控制参数设计方法进行了仿真验证。     

多端直流系统分区协调保护策略

针对多端直流系统的故障保护问题,首先分析了直流故障特性及多端直流系统保护难点,总结了现有多端直流系统故障保护方法。然后,基于一种典型的多端直流系统拓扑结构,以使用最少数量直流断路器为目标,提出了多端直流系统区域保护划分原则和分区保护策略。该方法将直流故障区域通过直流断路器与非故障区域进行隔离,从而使非故障区域可以继续维持正常运行,而故障区域则通过换流站交流侧断路器和直流侧开关进行保护和隔离。最后,通过MATLAB/Simulink仿真平台建模及仿真分析,验证了多端直流系统分区保护的有效性和经济性。