基于有源中点钳位五电平电路的双有源桥DC/DC变换器

采用多电平电路构建的双有源桥(dual active bridge,DAB)DC/DC变换器可适用于更高的电压等级并能显著地提高功率密度及性能。基于九开关管五电平有源中点钳位(five-level active neutral point clamed,5LANPC)电路构建DAB变换器,消除传统的八开关管5L ANPC电路所存在的电平跳变问题。通过分析开关状态之间的切换过程,选取的零开关状态实现所有高压开关管的软开关运行;通过分析不同开关序列对飞跨电容电压和直流侧中点电压的影响,提出一种飞跨电容电压的平衡控制方法。基于1kW样机的实验结果表明,该文构建的5L ANPC DAB变换器获得了优良的性能。     

基于扩展移相的双有源桥变换器复合优化控制策略

现有双有源桥(dual active bridge,DAB)变换器的扩展移相(extended phase shift,EPS)控制优化策略存在数学模型不完整、工作模式不全面、优化目标单一、无法在线优化等问题。为此在全面分析EPS的工作模式和各模式传输功率、回流功率及电流应力数学模型的基础上,提出了一种EPS控制的回流功率和电流应力复合优化控制策略,优化目标是在保证回流功率最小的前提下优化电流应力,在分析比较不同工况下各模式性能优劣的基础上,根据优化目标选取部分模式采用有约束极值求解法得出复合最优控制路径,进而设计了EPS复合优化闭环控制器。最后,通过实验对所提控制策略进行了验证。实验结果表明,与已有控制策略相比较所提出控制策略降低了DAB变换器的回流功率和电流应力,提升了DAB变换器效率。     

基于扩展移相的双有源桥变换器复合优化控制策略

现有双有源桥(dual active bridge,DAB)变换器的扩展移相(extended phase shift,EPS)控制优化策略存在数学模型不完整、工作模式不全面、优化目标单一、无法在线优化等问题。为此在全面分析EPS的工作模式和各模式传输功率、回流功率及电流应力数学模型的基础上,提出了一种EPS控制的回流功率和电流应力复合优化控制策略,优化目标是在保证回流功率最小的前提下优化电流应力,在分析比较不同工况下各模式性能优劣的基础上,根据优化目标选取部分模式采用有约束极值求解法得出复合最优控制路径,进而设计了EPS复合优化闭环控制器。最后,通过实验对所提控制策略进行了验证。实验结果表明,与已有控制策略相比较所提出控制策略降低了DAB变换器的回流功率和电流应力,提升了DAB变换器效率。     

基于五电平有源中点钳位型双PWM变换器的异步电机矢量控制系统

一种基于五电平有源中点钳位型(ANPC)双PWM变换器的异步电机矢量控制系统,其整流侧和逆变侧变换器分别采用五电平ANPC拓扑背靠背连接,可实现网侧单位功率因数输入和异步电机的四象限运行。整流侧采用电网电压定向矢量控制实现有功功率和无功功率的解耦控制。逆变侧采用转子磁场定向矢量控制实现异步电机的高性能变频调速。设计并制作了一台380V/10 kW的样机,实验结果表明该样机运行稳定,控制算法正确可靠。     

基于三重移相控制的双有源桥变换器研究

为了加快“碳中和”及“碳达峰”的进程,可再生能源逐渐取代了化石能源,成为了未来主要的发电方式。储能系统与双向变换器的组合成为了维持微网电压稳定、削峰填谷的核心组件。针对这一背景,对具有较强双向调节能力的双有源桥变换器展开研究。采用三重移相控制,详细分析了变换器在特定工作模式下的工作过程。此工作模式适用于轻载条件,具有双向能量传输的能力。建立了相应的电流应力、传输功率和软开关特性的数学模型。基于电流应力的变化情况,提出了一种基于三重移相控制的电流应力优化策略。以电流应力为目标函数,以软开关范围和模式边界为限制条件,求解得到了最优移相比组合。该优化控制策略可以在保证软开关运行条件下减小变换器的电流应力,提高变换器的性能。最后通过实验测试验证了理论分析的正确性。     

移相控制的双有源桥DC-DC变换器统一相量分析法

提出一种用于分析移相控制双有源桥直流变换器的控制特点、功率的传输与交换特性的交流相量分析方法。通过傅里叶级数分解将变换器的动态方程转化为稳态相量表达式,从而建立适用于单移相控制、扩展移相控制以及双重移相控制的统一复功率模型,得出功率分布区域。根据变换器稳态相量表达式得出不同控制方式所对应相量分析图,并提出不同移相控制策略的实际控制区域。仿真和实验结果与理论分析一致,验证所建立复功率模型的准确性。该分析方法避免了传统瞬时功率积分方法建立移相控制直流变换器功率模型过程中计算复杂、模型不统一以及物理意义不明确等问题,方便了多控制自由度情况下,变换器控制策略的选择与设计。     

基于移相控制统一模型的双有源桥DC-DC变换器基波环流优化控制策略

为充分利用双有源桥DC-DC变换器的容量,减小无功功率,提升工作效率,提出一种基于变换器移相控制统一模型的基波环流优化控制策略。通过引入基波移相比对变换器的所有移相控制方式进行统一描述,并采用傅里叶分解法建立全桥交流电压及电感电流的统一模型。该统一模型降低了多控制变量下变换器多模态分析的复杂性,适用于不同移相控制的所有工作模式,具有普适性。基于频域分析法和功率因数角,构建变换器传输功率及无功功率的统一数学模型。在此基础上,提出考虑无功基波分量的环流优化控制策略,并对传导损耗进行建模与分析。该策略简单有效,能够很好地减小变换器无功功率和改善系统效率,更有利于工程实际的应用。搭建了实验平台,对比了所提基波环流优化控制策略与传统移相控制方式下变换器的功率因数及变换效率,仿真和实验结果验证了理论分析的正确性和所提控制策略的可行性。     

DAB变换器移相优化控制策略研究

拉格朗日极值法是求取变量受一个或多个条件限制的多元函数极值的方法,在此以该方法为基础,改进得到了双有源桥(DAB)变换器优化控制策略.相比常用的解析法,避免了求解外移相比和内移相比及电压调节比方程式的过程,同时也避开了较为复杂的闭环系统设计.通过舍掉函数对拉格朗日乘子偏导数为零的条件,得到几个平面相交的交点即为连续的最...     

有源钳位准谐振变换器的一种简单驱动电路

提出了有源钳位准谐振变换器的一种新的驱动方式,它无需经过数字电路延时,只需一个电阻和二极管构成的小网络。新的驱动方法简单易用,简化了设计,降低了成本。实验结果表明新方案有效。     

双重移相控制下的双向全桥DC-DC变换器最小电流应力分段优化控制

为了减小双向全桥(dual-active-bridge, DAB)DC-DC变换器的电流应力,提升变换器的效率,提出了一种DAB变换器在双重移相控制下的电流应力分段优化控制策略。该策略首先分析了DAB变换器的结构及其功率特性,推导得到了电流应力与传输功率、移相角之间的关系。然后针对输入输出电压不匹配的情况,对DAB变换器的电流应力进行了分段优化,通过将传输功率分段得到了DAB变换器在不同传输功率范围下的最优移相角。将所提控制策略与传统双重移相控制策略对比分析,发现所提控制策略具有更小的电流应力和回流功率,减少了变换器的导通损耗,提升了变换器的效率。当负载发生突变时,DAB变换器的动态性能得到了大幅提升。最后基于所提控制策略搭建了实验样机,实验结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

双PWM变换器功率前馈控制方法

为解决双PWM变换器控制直流母线电压波动偏大和系统响应慢的问题,提出了一种功率前馈控制方法。在整流器侧有功电流的给定值中加入逆变器有功功率对应的补偿量,在电机运行状态发生改变时不会直接改变直流侧母线电容电压的大小,而是直接改变整流器侧有功电流的大小。仿真结果表明双PWM变换器功率前馈控制策略能有效减小直流母线的波动,使减小直流母线电容成为可能,同时也提高了系统的动态响应性能。     

双向全桥直流变换器的全功率范围软开关控制技术的研究

双向全桥直流变换器不依靠额外的电路就能实现软开关,具有较高的效率。采用传统的纯移相调制方法,传输功率大,但无法在轻载时实现软开关;采用移相加占空比调制方法,可以在全功率范围内实现软开关,但最大传输功率会随着占空比的减小而减小,小占空比情况下功率输出受到限制。本文研究了双向全桥直流变换器的软开关特性,结合纯移相调制和移相加占空比调制的特点,提出一种新的优化控制方法,该控制方法可实现两种调制方法的平滑切换,在实现全功率范围内的软开关的同时又保证了传输功率的最大化。最后,本文在一台12k W的样机上对提出的控制方法进行了验证,实验结果表明了所提控制方法的正确性。     

基于微分平坦理论的双有源桥式变换器的单移相控制

针对双有源桥式(Dual Active Bridge,DAB)变换器系统受到扰动时动态响应速度慢,基于微分平坦理论,结合单移相控制,提出了一种平坦控制策略。设计DAB变换器平坦控制系统,包括前馈控制和非线性误差反馈控制两部分:前馈控制利用期望输出来规划状态变量轨迹;非线性误差反馈对平坦输出进行校正,消除误差。证明了平坦控制的稳定性,最后在仿真平台上分别对DAB变换器平坦控制和PI控制进行仿真,结果表明:在DAB变换器输出电压给定值改变、输入电压波动以及负载突变时,平坦控制策略下DAB系统可以更快达到输出稳定,系统具有更好的动态性能。     

考虑寄生参数的隔离型双有源桥DC-DC变换器的开关开路故障分析与容错控制策略

双有源桥(DAB)DC-DC变换器开关管的驱动电路故障导致开关开路故障(OCSF),这使得DAB系统拓扑对称性缺失、高频电压和电流发生畸变和直流偏置,进而对系统的可靠性和长期运行稳定性造成不良影响.对此,研究DAB开关管和高频变压器寄生参数对OCSF后系统运行状态的影响,以完善DAB故障分析体系.针对OCSF问题,提出...     

一种双PWM变换器新改进型直接功率控制策略*

为了解决双PWM变换器常规直接功率控制的电压外环响应速度慢的问题,提高控制系统跟踪性能,首先,设计了一种新型开关矢量表,在某些扇区由原来的一个矢量控制变为两个矢量控制,从而改善有功功率和无功功率的变化程度在不同扇区影响的差异性,增强灵敏程度和实时性;其次,提出电机侧功率向前反馈的控制策略,增设反馈网络,提高响应速度,确保功率给定,改变了常规电压外环缓慢的调整过程。并在功率波形、突加负载的响应速度、电网电流、谐波等方面,与常规直接功率控制进行了实验对比。实验结果表明,本文设计的控制系统能在负载变化时实现快速跟踪响应并恢复和保持稳态,验证了该策略的有效性。     

Current reduction method for dual active bridge converter in nonlinear dead‐time compensation method

This paper proposes a control method for a dual active bridge (DAB) converter, which achieves both a reduction in the nonlinear transmission power error due to the dead‐time and a reduction in the inductor current with a three‐level operation. The nonlinear transmission power error is compensated by designing a zero current period in the inductor current with the three‐level operation. In addition, an inductor current reduction method for the three‐level operation is also proposed. In the nonlinear transmission power error compensation method, the inductor current is reduced by suppressing the circulating current by considering the zero‐current period to be the dead‐time. The validity of the proposed method is confirmed using a 2.0‐kW prototype. The experimental results show that the transmission power error is reduced by up to 85.1%. In addition, the inductor current is reduced by up to 64.1% and the loss is reduced by up to 58.6%. Moreover, the DC offset is eliminated by utilizing the voltage polarity reverse phenomenon in the voltage control.     

半桥三电平双有源桥不对称均压控制策略

半桥三电平双有源桥(HBTL-DAB)电路工作时必须解决三电平侧上下直流母线电容均压问题,在传统对称控制模式中,可通过微调占空比的方法,实现带载情况下的电容电压均衡控制。然而在空载情况下,对称控制模式难以从控制策略上实现上下直流母线电容电压的均衡调节。针对该问题,文中提出一种针对HBTL-DAB电路的不对称控制方法,首先从理论上分析对称模式不能均压的原因,进而根据不对称方法计算空载时上下直流母线电容分别在正负半周期内传输的能量偏差。通过调节该能量偏差实现上下直流母线电容电压的均衡控制,并同时指出影响电压均衡控制效果的主要因素。最后通过仿真,对所述不对称控制方法在多种工况下的运行情况进行验证。结果表明,无论是外部持续存在不平衡因素的工况、只存在初始不平衡因素的工况,还是内部存在脉冲误差的工况,不对称控制方法都能实现空载和带载时的电压均衡控制。     

Hybrid modulation scheme for dual active bridge converter that employs the triangular modulation and the single phase shift modulation

In order to efficiently control the power flow between the photovoltaic (PV) panel, the battery, and the load, the dual active bridge converter can be used as an interface. In the PV system, the voltage variation ranges of the PV panel and the battery are relatively large. Therefore, a hybrid modulation scheme is proposed in this paper to enhance the overall efficiency of the dual active bridge converter. When a 60 V battery is used, the proposed modulation makes the PV panel working from 20 to 100 V with an efficiency from 64% to 98%. Moreover, a small signal model is built to analyze the stability of the hybrid modulation scheme. Furthermore, a method to stabilize the transition process of the hybrid modulation scheme is given. A 1200 W prototype is made to verify the validity of the hybrid modulation. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.