数字控制DC-DC变换器改进离散迭代建模和稳定性分析

离散迭代模型是一种能精确描述数字控制变换器特性的工具，然而传统的离散模型通常计算复杂而且不够直观，不利于控制器的设计。该文对离散迭代模型进行合理近似，推导出数字控制DC-DC变换器在前沿和后沿调制下的二阶全局等效电路模型，解决了传统模型直观性和精确性之间的矛盾。该模型可以反映具有不同脉冲宽度调制方法的DC-DC变换器的稳态和动态行为。在等效电路的基础上，分析了数字控制的特性，推导出了z域传递函数，从而得到了不同调制方式下控制-输出的频率响应，并且分析了两种调制方式对系统稳定性的影响。此外，等效电路模型可以准确地跟踪详细开关电路的工作波形，并且对系统参数变化时系统的稳定边界做出精确预测。最后，搭建了DC-DC变换器的样机，验证了模型和理论分析的有效性。     

全桥推挽式双向DC/DC变换器的建模与控制

全桥推挽式双向DC/DC变换器大都采用状态空间平均法来建模,建模过程复杂。以隔离型推挽式双向DC/DC变换器为研究对象,采用PWM开关模型法获得了变换器的等效电路模型。基于该等效模型,构建了变换器在不同工作模式下的闭环控制系统,进行了电压控制环的设计和校正,实现了不同工作模式下的恒压充放电控制策略。实验和仿真结果验证了结论的正确性。     

一种隔离式双向全桥DC/DC变换器的控制策略

针对传统的LC串联谐振式双向DC/DC变换器,在负载加重时开关管的开关损耗增加,带来系统效率的下降的问题,以一种LC串联谐振式带变压器隔离的双向全桥DC/DC变换器为研究对象,建立该变流器的近似等效电路模型。通过对变换器的工作原理和控制特点进行分析,提出一种在宽范围负载变化下,DC/DC变换器逆变侧和整流侧的开关器件均能实现软开关的控制策略,并提高了系统的效率。仿真和实验结果都验证了文中所提出方法的正确性和可行性。     

DC/DC变换器滤波电容老化预测方法

针对DC/DC变换器的滤波电容器老化的预测,首先推导DC/DC变换器滤波电容器的等效模型,然后推导DC/DC变换器的等效串联电阻等效电路,进而提出一种预测滤波电容器老化的方法,将负载电压依次通过带通滤波器、均方根模块和低通滤波器处理,最后根据输出的响应规律分析电容器老化情况。Buck变换器、Boost变换器和Buck-Boost变换器的仿真结果都表明该预测方法不仅能预测DC/DC变换器滤波电容器老化的情况,还能估算出电容老化导致故障产生时的临界状态,表明该预测方法具有可行性。     

三端口DC/DC变换器预测电流移相控制

针对微电网储能系统中三端口DC/DC变换器,研究了基于半开关周期采样和全开关周期采样的预测电流移相控制。分析了变换器的工作状态和开关模态,采用Y-△等效变换得到电感电流斜率,在每个开关周期驱动信号的中点时刻采样电感电流,计算不同阶段变换器的电感电流增量。基于电流采样值和电流参考值预测变换器下一个开关周期上升沿和下降沿移相比,更新该移相比使电感电流达到参考值。然后分析了两种采样模式下电感电流中直流分量消除机理,并给出三端口DC/DC变换器闭环控制策略。仿真结果验证了该控制方法的有效性,较好地解决了三端口DC/DC变换器直流偏置问题,提高了系统的动态响应和鲁棒性能。     

一种新颖的变模态控制双向DC/DC变换器

以燃料电池电动车(FCEV)为应用背景,提出了一种新颖的变模态控制双向DC/DC变换器。变换器具有两种工作模式,可以根据能量流动方向自动选择对应的工作模式。能量正向流动时,采用脉冲宽度调制(PWM)方式,变换器等效为有源箝位隔离型Boost变换器,通过采用次级谐振倍压实现整流开关管零电流开关关断。能量反向流动时,采用脉冲频率调制(PFM)方式,变换器等效为半桥LLC谐振变换器,无需辅助电路初、次级开关管均能实现软开关。给出了变换器工作原理分析及设计方法。最后,搭建了一台500W的样机,实验结果验证了所提变换器的优良性能。     

基于PARK变换的空间矢量调制矩阵变换器在非理想条件下的稳态分析

将ＰＡＲＫ变换引入到空间矢量调制的矩阵变换器中，建立了矩阵变换器的线性时就变电路模型。借助电路分析理论，分析了空间适量调制矩阵变换器在某些非理想条件下稳稳态特性，得出了有关特性的解析表达式。仿真结果及理论分析表明这种等效电路具有一定的实用性。     

一种双相结构的同步Buck DC/DC变换器

指出了同步降压型直流-直流变换器从拓扑结构上实现软开关技术优点与在大功率场合下电流纹波大的特点,结合电感磁耦合技术将其扩展为双相结构的同步Buck型DC/DC变换器,分析了电感输出电流纹波减小的原理,并对不同负载下电路的工作特点进行了分析,采用可变频率的脉冲宽度调制控制方式以达到不同输出功率时的效率,试制了一台2kW的同步Buck DC/DC变换器样机,并给出了实验结果。变换器采用DSP芯片TMS320F2808作为控制管理芯片,通过积分分离数字PID算法改变控制量,具有较优异的动态性能,在蓄电池维护领域得到较好的应用。     

DC—DC开关变换器PWM开关等效电路分析法

本文给出了利用时间平均和线性化技术直接获得PWM开关以及开关变换器在时间平均意义下的等效电路的方法。并将这一方法应用于CUK变换器的性能分析,获得了较高的精度。     

模块化多电平高压DC/DC变换器的电感参数设计

中高压大容量DC/DC变换器可以实现不同电压等级直流电网线路的互联,是直流电网中的关键设备之一。该文研究了基于隔离型MMC-DC/DC变换器的电感取值的计算方法和选取原则。通过建立基于交流电压源和电感串联等效电路的数学模型,研究了电感大小对变换器运行特性的影响,进而提出综合考虑功率传输效率限制、交流电流谐波特性以及变压器容量和绝缘设计等因素的电感参数设计方法。最后采用PSCAD/EMTDC仿真软件对设计实例进行验证分析。仿真结果说明该文提出的电感参数设计方法的有效性,同时验证了该文关于电感大小对变换器电气量影响分析的正确性。     

中压直流配电系统等效降阶建模及控制参数设计

合适的等效降阶模型能够为中压直流(MVDC)配电系统的稳定性分析及控制参数设计提供便利.首先,基于所提出的开闭环逐步等效降阶建模方法,建立了MVDC配电系统的等效降阶电路模型,并据此建立了计及换流器间动态交互的开环等效降阶模型.在不增加开环等效降阶模型阶数的前提下,基于泰勒展开的状态反馈控制方法为系统振荡频率及阻尼比的精准设计创造了有利条件.然后,基于所建立的计及换流器间动态交互的闭环等效降阶模型,并结合所提出的MVDC配电系统控制参数设计方法,实现了系统振荡频率及阻尼比的精准设计.最后,硬件在环实验结果验证了理论分析的合理性.     

基于VISSIM断续导通模式的DC/DC变换器建模与仿真

根据DC/DC变换的基本原理,在断续导通模式下,依据状态空间法建立了BUCK、BOOST、BUCK/BOOST 3种变换器的数学模型,并在此基础上基于VISSIM对3种变换电路分别构建了仿真模型进行仿真。利用该仿真模型不仅可以有效模拟实际的DC/DC变换电路的运行特性,可采用不同的控制算法、控制策略对该模型进行闭环控制,还可通过VISSIM软件与C 、DSP和集成的Matlab模块连接,从而不仅为分析设计DC/DC变换电路及其控制系统提供了有效的方法,同时也为实际电路的设计调试提供了新思路。仿真结果与理论分析一致,表明了建模方法的正确性。     

A Class of Quasi-Cuk DC/DC Converters: Steady-State Analysis and Design

In this paper, new topologies for quasi-Cuk converter are proposed. The proposed converters with different voltage and current transfer ratio and reduced voltage stress on capacitor can be employed in distributed generation (DG) systems. In this paper, steady-state analysis of two proposed quasi-Cuk converters in continuous conduction mode (CCM) and discontinuous conduction mode (DCM) is presented. Then, besides values designing of used elements, maximum and minimum values of their current and voltage are calculated. Moreover, critical inductances between CCM and DCM for the proposed converters are calculated. Unique features of the proposed converters are different transfer ratio without employing additional elements compared to the conventional Cuk converter. Comparison of the proposed converters with conventional converter in terms of voltage transfer ratio, voltage stress on capacitor, and voltage stress on switch demonstrates advantages of the proposed converters. Finally, experimental results to verify the accuracy of the proposed converters in different operating modes are presented.     

基于变频器受控源模拟的双馈风机等效仿真

风电场功率波动频繁且运行方式多变,对电网电能质量及继电保护整定产生不利影响。若进行相关研究,需建立风电机组的电磁暂态模型。以兆瓦级双馈风电机组为研究对象,在分析双馈风机控制原理的基础上,提出一种基于变频器受控源模拟的双馈风机等效建模方法,风机控制系统中的变频器交流侧采用受控电压源,直流侧采用受控电流源模拟。风机控制输入信号设定值阶跃变化及电网电压不对称暂态特性响应的仿真结果,均验证了该方法的有效性。由于无需计及开关元件的快速频繁通断,仿真时间大为缩短,且模拟风机台数越多,仿真效率越高。     

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。     

三相整流装置谐波产生机理分析及简化模型

基于三相整流装置的谐波耦合矩阵模型,深入分析了此装置的谐波产生特性。整流装置供电电压对其谐波电流的影响可分为3个方面:基波电压的影响、与谐波电流次数相同的谐波电压的影响,以及由不同次数的谐波电压及其共轭相量产生的影响。根据整流装置谐波耦合矩阵模型的解析公式,对矩阵元素的取值规律进行了研究,分析了供电电压各部分影响的重要性,推导得出了经典的恒流源模型和诺顿等值电路模型的解析计算公式,并提出了忽略谐波电压共轭影响的简化模型。将各谐波模型应用于谐波潮流分析中,对模型的精度进行了评估,为谐波分析中三相整流装置谐波源模型的合理选择提供了理论参考。     

适用于多工况的高精度MMC改进平均值等效模型

模块化多电平换流器MMC(modular multilevel converter)在直流输电系统的应用日益广泛,而其快速等效模型则是进行直流输电系统相关研究的基础。为了弥补传统平均值等效模型在可仿真工况及仿真精度方面的不足,本文提出了一种适用于多工况的高精度改进平均值等效模型。首先,通过增加控制器件并配置相应的控制方法对等效模型拓扑结构进行改进,使其适用于多工况仿真。其次,在交流侧将开关器件压降等效为一个函数计入交流侧数学模型,并在直流侧引入考虑子模块高频投切的等效电容计算方法。最后,通过在PSCAD中搭建详细模型及等效模型验证该等效模型的有效性。结果证明,该等效模型在可仿真工况及仿真精度方面具备很高的优越性。     

无缓冲单元的多输入直流变换器电路拓扑

在采用两个甚至多个输入源的新能源联合供电系统中,用单个多输入直流变换器MIC代替原有的多个单输入直流变换器,可以简化电路结构,降低系统成本.MIC可分为无缓冲单元和带缓冲单元的两类,文中讨论了无缓冲单元的MIC电路拓扑的生成方法.首先给出构成无缓冲单元的MIC电路拓扑的基本单元,提出生成MIC时基本单元之间的组合级联规则,由此推导出一系列无缓冲单元的MIC电路拓扑.     

用于PFC设计的DC/DC变流器大信号行为模型

针对PFC前端——DC/DC变流器互联系统采用开关模型时仿真速度极慢的问题,提出并建立了一种新的DC/DC变流器大信号行为模型。该模型同时考虑了DC/DC变流器的稳态和瞬态特性,可在大范围内模拟其运行过程。实验证明了模型的正确性。仿真结果表明,采用该模型能在保证仿真精度的同时,显著加快仿真速度。     

最优乘子法及其在交直流电网潮流计算中的应用

最优乘子法具有收敛可靠性高,能较好处理病态潮流,潮流无解时能给出最小二乘解等优点,在实际电力系统中得到广泛应用。在推导最优乘子法求解二次方程组的原理的基础上,基于直角坐标系建立了电压源换流器的稳态等效模型,从而将交直流电网潮流计算问题转换为二次方程组的数值求解问题,实现了潮流计算模型与计算方法的解耦,降低了潮流计算代码实现的复杂性。针对大规模交直流电网潮流计算收敛困难问题,提出了含多平衡机及多机联合调压的潮流计算统一迭代模型以改善大规模交直流电网潮流计算的收敛性。通过对含厦门柔性直流输电工程的福建电网某运行方式进行仿真计算,验证了所提模型的正确性及方法的有效性。