DC/DC变换器Buck电路建模分析与控制研究

首先运用状态空间法建立基于超级电容的双向DC/DC变换器Buck电路模式的数学模型,应用开关周期平均值以及欧拉公式对其进行分析,并引入小信号扰动,分离扰动并线性化后设计出Buck电路模型的控制方法—双闭环控制策略。最后搭建Simulink仿真以验证控制策略的有效性与正确性,其结果为超级电容的应用和研究提供参考。     

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。     

用于SC/BA的DC/DC变换器鲁棒建模与控制设计

超级电容/电池(SC/BA)通常用于可再生能源波动功率的抑制,其一般通过双向DC/DC变换器接入直流系统,并控制直流母线电压的稳定。首先建立了一种新型DC/DC变换器的多胞模型,将SC/BA输入电压波动以及负载不确定性纳入鲁棒模型设计;进而采用基于线性矩阵不等式方法的最优线性二次型控制,设计了系统鲁棒最优二次型控制器。实验结果表明,相比传统比例积分(PI)控制,所提控制方法具有良好的鲁棒性,可以保证宽范围输入电压工况下DC/DC变换器输出电压稳定运行,且具备良好的动态性能。     

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。     

基于超级电容储能系统的双向三重DC/DC变流器控制策略研究

双向DC/DC变流器为电力储能系统中重要组成部分,针对超级电容储能组串电压范围宽的特性,采用三重化双向DC/DC变流器。建立了状态空间平均法的双向DC/DC变流器的数学模型和超级电容成组等效模型,提出了三重化双向DC/DC变流器针对超级电容充放电工况下的双闭环控制策略,建立了基于超级电容的三重化双向DC/DC变流器仿真模型。仿真结果表明,相较于传统非隔离半桥型双向DC/DC变流器,三重化双向DC/DC变流器可以有效减小各相电感电流,降低开关元件的电流应力需求,提高了变流器的功率等级,所采用的控制策略能够有效控制超级电容充、放电,较好地满足系统动态和稳态指标,适用于在电力储能系统中的应用。     

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。     

基于软开关DC/DC变换器的混合能源系统设计

设计了一种基于软开关双向DC/DC变换器的锂离子电池超级电容混合能源系统(BSHESS)。该系统具备软开关运行能力,能够降低混合能源系统(HESS)的内部损耗。根据HESS的运行状态,设计了内环的电流控制策略和外环的能量管理策略。基于该系统结构,完成了软开关双向DC/DC变换器样机、锂离子电池组、超级电容组的设计和制作,设计并实现了整个HESS的实验平台,并进行了多项实验验证。     

双线性DC/DC变换器混杂建模与优化控制

Boost、Buck-boost和Flyback等DC/DC变换器的连续时间状态空间模型实际上是由一组双线性微分方程来描述的,这类变换器控制的主要难点在于双线性项的处理和变换器所固有的混杂特性。对此,提出了一种针对这类DC/DC变换器的混杂建模和优化控制方法。该方法首先将开关周期等分为多个子周期,并通过迭代推导出变换器在开关周期内的离散时间状态更新函数。然后将双线性项在整个状态-输入空间内进行分段线性化处理,从而建立变换器的混杂模型。以Boost和Buck-boost DC/DC变换器为例,分别建立了其混杂模型,并进行了优化控制。最后通过实验对比分析了两种DC/DC变换器的优化控制效果,从而验证了该方法的通用性、有效性和优越性。     

应用于超级电容储能系统的双向DC/DC变换器混沌控制方法研究

超级电容储能系统(SCESS)主要通过对双向DC/DC变换器进行控制来快速平抑直流母线电压的波动。为了抑制控制过程中所产生的一些分岔和混沌现象,提出了一种应用于SCESS的混沌控制方法。分析了该方法的控制原理,并根据非线性动力学理论建立了双向DC/DC变换器的离散迭代模型;然后设计了一种能够自动调节补偿斜率的混沌控制信号;最后对该信号作用下的异步切换函数和同步切换映射式进行了数值求解,从而绘出系统分叉图。通过仿真和试验证明,该方法能够有效抑制SCESS的分岔和混沌现象,提高了系统的稳定工作范围和动态响应速度。     

双向全桥串联谐振DC/DC变换器扩展相移控制的全局优化方法

基于传统基波等效法建立的双向全桥串联谐振(dual bridge series resonant,DBSR) DC/DC变换器模型准确度不高,导致控制存在误差,变换器的工作效率降低。文中采用分段分析法建立DBSR变换器在扩展相移(extended phase shift,EPS)控制下的模型,能够准确描述变换器的特性。传统单相移控制下变换器的回流功率和开关损耗较大,导致变换器工作效率降低,而文中提出一种基于EPS控制的全局优化控制方法,能有效降低回流功率和开关损耗。首先分析双向全桥串联谐振DC/DC变换器的回流功率原理,建立回流功率的优化控制模型;然后结合软开关条件及考虑死区时间下的完全软开关特性,建立双向全桥串联谐振DC/DC变换器的全局优化控制算法;最后,在基于TMS320F28335控制器的实物实验平台上,对所提方法与传统方法在宽电压增益下以及全功率范围内进行实验对比。实验结果表明：与传统基波分析法相比,所提建模方法具有更高的准确度,且所提的优化控制方法可以有效降低回流功率,显著降低变换器的开关损耗,能够大幅提升变换器的传输效率。     

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。     

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。     

高效双向DC/DC变换器

通过分析DC/DC变换器的工作方式,总结出一种应用于串联超级电容器组单体电压动态均衡电路的变换器——高效双向推挽DC/DC变换器,并选择了合适的控制芯片和驱动方式。该方案具有电路拓扑简洁、双向功率流动、控制简单、变换效率高、可靠性高等优点。     

基于混合储能的新型双向DC/DC变换器控制研究

基于超级电容与蓄电池混合储能系统越来越多地应用于电动汽车领域,作为其中的能量控制元件——双向DC/DC变换器的研究也越来越受到重视。不同的双向DC/DC变换器影响系统的成本、效率和性能。选择一种新型非隔离型双向DC/DC变换器,其具有电压增益高、开关器件应力低及电流纹波小等特点,能够有效减小开关器件的损耗,提高系统能量传输效率。推导出相应模式下的控制器模型,并采用电压外环、双电流内环的控制策略,控制能量的双向流动。最后进行理论仿真以及实验验证,结果表明理论分析的正确性。     

基于功率反馈控制的四并联DC/DC变换器的研制

设计了一种用于沈抚有轨电车的四并联双向DC/DC变换器系统。DC/DC变换器可以通过信号检测系统识别有无接触网来调整工作模式。在有接触网区,变换器为充电模式对超级电容进行充电;在无接触网区,变换器工作模式转换为放电模式释放超级电容储存的电能用于牵引系统和整车使用。在无输出电流传感器的情况下,采样电压反馈控制作为外环,功率反馈控制作为内环,对整个并联系统进行并联均流控制。最后通过仿真和实验验证了该方案的可行性。     

混合储能的鲁棒控制方法

针对传统混合储能变换器设计都基于精确模型,没有考虑其中的不确定量(如超级电容端电压和负载),提出了一种鲁棒H∞控制器。根据建立的状态空间模型和选取的不确定量,利用凸优化理论设计超级电容(super capacitor,SC)和锂电池(lithium battery,LB)的多胞体模型。当不确定量变化引起稳态工作点移动,导致母线电压波动时,通过一阶低通滤波器完成功率分配。超级电容处理高频波动,锂电池处理低频波动,通过与H∞控制器相结合来极小化对母线电压造成的冲击影响,同时采用区域极点配置的方法改善动态响应。利用线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LM I)求出超级电容和锂电池对应的H∞控制状态反馈控制参数。最后,通过M ATLAB实验证明了所提方法的有效性。     

混合电动汽车辅助储能系统的研究

针对混合电动汽车在城市交通中频繁加速减速的特点,设计了基于超级电容储能的电动汽车辅助储能系统,选择两相交错式半桥拓扑双向DC/DC变换器作为超级电容的充放电电路.重点设计双向DC/DC变换器对超级电容的充放电控制,采用平均电流控制的两个电感电流内环和一个电压外环的控制策略,并对电动汽车辅助储能系统进行了Simulink仿真,从而有效验证了超级电容在电动汽车中应用的优势.     

基于分裂电容的超级电容器储能系统研究

针对超级电容器在电力系统的应用,综合分析储能控制器的典型拓扑结构及其特点,采用双向DC/DC变换器作为超级电容器组的升压稳压环节,以解决超级电容器端电压随储能状态大范围变化的问题,提高其的容量利用率;并将两组双向DC/DC变换器串联,以控制逆变环节直流母线的分裂电容电压.同时,引入带重复控制的双闭环控制方法,以提高超级...     

基于三半桥拓扑的双向DC-DC变换器的建模研究

为了设计三半桥双向DC/DC变换器控制器参数,进一步提高变换器的性能,本文探讨了三半桥双向DC/DC变换器的模型。运用状态空间平均法,推导出了三半桥双向DC/DC变换器的状态空间平均方程。通过分析三半桥双向DC-DC变换器的小信号模型,推导出了变换器在Boost方向上控制-输出的开环传递函数。     

基于PFF控制的双向DC/DC变换器的研究

以推挽全桥双向DC/DC变换器为研究对象,分析了其能量可双向流动的可行性,重点介绍了比例-前馈(PFF)控制算法在推挽全桥双向DC/DC变换器中的应用,并与PI控制算法进行了对比分析。根据推挽全桥双向DC/DC变换器的硬件条件,采用了同步整流技术。针对变换器的升压软起动问题,提出了一种根据电感电流控制占空比的升压软起动方法,仿真结果证明其能够有效防止升压起动时电感饱和的问题。最后,通过实验验证了所提控制方案的正确性和可行性。