储能系统双向隔离直流变换器新型控制策略

为了实现高压接入低压输出储能系统中三相双向隔离直流变换器的高效应用,设计了一种新颖的控制策略。三相直流变换器中隔离变压器采用星三角连接可减少高压侧电压应力和低压侧电流应力。新方案利用开关频率控制调节直流变换器输出电压,并在高于开关频率点后,结合使用了一种谐振电路的移相算法,以减小特定功率下的开关频率范围。同时,对全功率...     

宽增益高效率CLLLC变换器的变频双移相调制策略

在输入电压宽范围变化时,变频调制CLLLC变换器存在开关频率变化范围宽的问题,而移相调制CLLLC变换器难以实现宽范围零电压导通（ZVS）。为了实现宽输入电压CLLLC变换器的高效率,该文提出一种变频双移相调制方法。通过同时调节开关频率、一次侧全桥和二次侧全桥之间的移相角,拓宽CLLLC变换器的增益并提高其效率。采用时域分析法求解变频双移相调制CLLLC变换器的电压增益与谐振电感电流有效值,并分析频率以及移相角对电压增益和谐振电感电流有效值的影响。最后,通过搭建一台100～300 V输入、48 V/400 W输出的实验样机,验证了理论分析的正确性。     

双向串联谐振变换器固定载频积-移相控制策略

串联谐振变换器由于其高效率、低电磁干扰等优良性能，在新能源系统中得到了广泛的应用。针对传统双向谐振变换器增益范围较窄、双向工作模式切换困难的问题，本文提出了一种双向串联谐振变换器固定载频积-移相控制策略。该控制策略采用变频移相调制方式，维持品质因数与频率相关变量的乘积为优化选取的固定值，实现了变换器所有开关管的零电压开通，并通过改变副边全桥相对于原边全桥的移相角实现宽范围的双向电压增益调节。通过对载频积参数的优化设计，抑制了谐振腔环流能量，提高了变换器的效率。此外，控制策略可以实现双向工作模式的自动切换，切换过程快速、平滑，适用于能量双向流动的储能系统应用场合。最后搭建了原边电压340 V、副边电压52 V、额定功率2 kW的实验样机，验证了控制策略的可行性和优越性。     

CLLLC谐振变换器变频移相混合控制方法

针对CLLLC谐振变换器存在脉冲频率调制的电压增益范围不足、相移调制的效率较低的问题,提出了一种可同时调节开关管占空比与开关频率的变频移相混合控制方法。该方法可以根据输入电压范围与负载功率变化范围自由切换混合控制模态以实现宽范围软开关与高运行效率,具有极高的调节自由度,且通过移相控制降低了启动时的冲击电流从而实现了软启动。最后,基于时域分析建立了CLLLC谐振变换器的模型,并搭建了一台基于碳化硅(SiC)的1 kW级CLLLC谐振变换器实验平台,实验结果验证了所提混合控制方法的可行性和优越性,整机在宽范围内效率可达96%。     

高反向增益的双向LLC变换器变模式控制策略

针对传统双向半桥LLC谐振变换器反向工作增益范围较窄的问题,提出了通过移相控制和变频控制相结合的变模式控制策略。反向输入电压较低时,采用移相控制提升电压增益;反向输入电压较高时,采用变频控制实现一次侧开关管零电压开通和二次侧整流二极管零电流关断,降低开关损耗。首先对升压模式进行了数学建模,推导了其增益公式,并通过MATLAB仿真验证该策略的科学性。该控制策略在不增加辅助元件的情况下,增大了LLC变换器的增益控制范围,提升了工作适应性。     

应用于储能的改进电流型LC并联谐振变换器

针对分布式储能中蓄电池组与直流母线互联的应用场合，提出一种具有高效、宽电流调节范围的改进电流型LC并联谐振双向隔离DC-DC变换器。通过对该变换器简化模型的建立和时域上对该变换器谐振电感电流、谐振电容电压和输出电感电流的推导，得到以平均值表示的电压增益曲线和电流传输比曲线。结果表明，提出的变换器在储能应用中具有较宽的电流调节范围，因此，该变换器用变频调制即能实现对储能充放电的控制。最后，搭建一台7.5 k W、50 V转300 V的实验样机，验证了前述分析的有效性。     

串联谐振型双重有源变换器在直流分布式系统中应用

为满足直流分布式系统间的能量调度需求,提出了一种新颖的双向DC/DC变换器--串联谐振型双重有源全桥变换器.通过对激励谐振、自由谐振和零自由谐振3种模式的分析,详细介绍了以高频谐振电流为基础传递能量的谐振变换器的工作原理.能量的双向传输是通过控制谐振电流来实现的.以不同母线间的电压差作为能量流动方向的判断依据,给出了基于谐振槽瞬时能量控制的双闭环控制方案.实验验证了串联谐振型双重有源全桥变换器工作原理分析的正确性,同时也验证了所提出的直流分布式母线问能量双向流动控制方案的可行性.研究结果表明,该变换器可双向传输能量,所有开关工作于定频、定宽状态,全程可实现零电流开关,能量传输效率高.     

宽范围输入三电平半桥LLC变换器混合控制

针对传统变频(PFM)控制的LLC谐振变换器在宽电压输入条件下效率低的问题,提出一种三电平半桥LLC谐振变换器的变频-移相(PFM-PS)混合控制策略。首先,分析三电平半桥LLC谐振变换器的工作模态,建立其等效模型,获得了移相控制和变频控制下的电压增益曲线。其次,分析了变频控制的工作区间与软开关特性,推导得到了移相控制下实现软开关的最小占空比。通过混合控制策略,在升压时采用变频控制和在降压时采用移相控制,相较于全变频控制和全移相控制,混合控制可在较小频率变化范围内对电压进行升降压,在全增益范围内实现软开关,获得较宽的电压增益范围,提升了变换器的效率。最后,通过仿真和输入500～800 V/4.5 kW实验样机验证了所提出混合控制策略的有效性。     

基于双向零电流开关的分布式储能变换器研究

为提高电池利用率及安全性,分布式储能系统采用高频隔离储能变换器实现低压电池模组到高压直流母线的能量双向传输.为使储能变换器在正反两个方向下均具有较高效率,低压大电流一侧在双向运行时可采用零电流开通和零电流关断,以实现零开关损耗.在分析传统双向全桥DC/DC变换器和LLC谐振变换器存在问题的基础上,提出了一种双向零电流开关储能变换器,通过采用非对称占空比控制,可以实现低压侧在正反向时均具有零电流开关特性,有效减小开关损耗,提高变换器的双向运行效率.分析了变换器的功率传输及电压增益特性,推导了软开关实现条件,并对拓扑结构进行改进以改善电流波形,进一步减小损耗.最后通过仿真和实验验证了拓扑结构及双向零电流开关控制方式的有效性.     

基于模糊PI的LLC谐振变换器混合控制研究

针对传统LLC谐振变换器用于车载充电等需宽输出电压范围的问题,研究了一种基于模糊PI的变频 移相混合控制策略。该控制策略将模糊PI和变频 移相混合控制相结合,以达到较宽输出电压范围和提高动态响应性能的目的。首先分析了LLC谐振变换器在变频模式和移相模式下的工作原理,然后分析了变换器在这两种工作模式下的增益特性,最后给出了基于模糊PI的混合控制实现方法。仿真结果验证了该控制策略的有效性。     

具有宽范围输出电压的三电平半桥LLC谐振变换器控制策略

由于三电平变换器的开关管电压应力仅为输入电压的一半,在大功率DC-DC电源、电动汽车充电等应用领域得到广泛的关注和研究。为了实现宽范围输出电压调节控制,克服三电平半桥LLC谐振变换器采用变频调制时电压调节范围小的缺点,将移相调制策略引入三电平半桥LLC谐振变换器控制,分析了其工作过程、电压调节范围及软开关条件,导出了实现软开关的工作状态分界点,由此提出一种三电平半桥LLC谐振变换器移相和变频相结合的混合式调制策略。该策略根据软开关工作状态,切换移相调制和变频调制,以实现全程软开关和宽范围输出电压控制。实验验证了理论分析结果的正确性以及所提调制策略的可行性和有效性。     

一种新型临界模式控制的变频软开关全桥DC/DC变流器

储能电感位于原边的全桥DC/DC变流器(full bridgeconverter with primary side energy storage inductor,FB-PESI),采用传统的固定频率、移向控制(phase-shift,PS)方式时主要工作于断续导通模式(discontinuous conductionmode,DCM),不适合应用于宽范围电压输入的场合。为克服PSFB-PESI变流器的这一缺点,提出一种新型的采用变频(variable frequency,VF)控制策略的FB-PESI DC/DC变流器(VFFB-PESI)。该VFFB-PESI变流器不仅保留了PSFB-PESI变流器宽范围软开关、高效率、高功率密度的优点,还可始终工作于临界导通模式(critical continuous operation mode,CrCM),从而在宽输入电压范围内均可获得较高的变换效率。同时给出了针对该VFFB-PESI变流器的损耗分析方法和优化设计流程。通过制作的300 W、200~400 V输入、12 V输出样机实验,验证了理论分析的正确性。     

分布式风光储系统双向DC-DC变换器研究

文中提出了一种分布式风光储系统的架构,并重点研究系统中连接蓄电池和直流母线的双向DC-DC变换器。双向DC-DC变换器能够实现太阳能阵列、风机、电网和蓄电池之间的能量交换、调节母线电压,是风光储系统的关键部分。本文采用高变比的双有源全桥变换器构成双向DC-DC变换器,它既能连接较低输出电压的蓄电池和高压直流母线,又能通过移相控制实现功率双向流动和软开关。本文研制了一台3 k W风光储系统样机,在不同工况下测试了双向双有源DC-DC变换器的功能。     

混合动力电动车用高效双向直流变换器的设计

针对传统以蓄电池为动力的电动车存在的问题,提出以超级电容加双向DC-DC变换器为辅助动力源的方案。该方案在弥补蓄电池缺陷的同时,提高了整个系统的能源利用效率,并增加了电动车的续驶里程。在简要介绍了超级电容储能系统的基础上,主要研究和设计了系统中的核心部件—双向DC-DC变换器,分析了双向DC-DC变换器的工作模式和控制策略,并对双向变换器进行了软开关分析。Matlab仿真所得的相应波形验证了方案的有效性。     

基于开关电容的三端口DC-DC变换器

三端口直流变换器(TPC)应用于新能源供电系统与电动汽车供电系统,可将系统中原有的多个单向和双向直流变换器在电路结构上实现合并,具有结构简单、成本低、控制灵活等优点。根据TPC的分类和组成规则构建一族含有开关电容、自举电路、BUCK、BOOST电路的高压比三端口直流变换器。形成的新型三端口变换器具有压比高、结构灵活、调压范围广等特点,可以很好地应用在新能源发电应用系统中。最后对提出的新拓扑进行理论分析和实验验证。     

一种新型的双输入双向DC-DC变换器

针对单输入半桥型双向DC-DC变换器回流功率较大的问题,提出一种新型的双输入双向DC-DC变换器。该双向变换器利用开关网络构造出双输入结构,通过控制输入侧开关管不同导通状态,能在变换器原边生成占空比可调的三电平方波电压,从而实现双重移相的控制效果,使得回流功率减小,电流应力降低。详细地介绍和分析了变换器的工作原理、开关模态以及功率传输情况,建立了变换器传输功率和回流功率的数学模型,通过对比不同电压调节比下双输入和单输入变换器的回流功率可知,该双输入变换器能有效减小回流功率,提升变换器性能。同时通过对传输功率的分析推导发现,该变换器在开关管电压应力相同的情况下能扩大其功率传输的范围。最后,通过一个200 W的样机验证了所提拓扑的合理性。     

新型模块化高压大功率DC-DC变换器

针对高压大功率场合下的直流电压变换需求,提出了一种新型模块化DC-DC变换器。该变换器开关频率低、损耗小,内部无线圈,结构简单,采用模块化设计易于扩展,且控制方式简单,适用于电压等级高、传输容量大的直流输电场合。分别设计了单向DC-DC变换器和双向DC-DC变换器,阐述了2种变换器拓扑结构、工作原理以及控制方式,并通过对比介绍了新型变换器的优势。PSCAD/EMTDC环境下的仿真实验表明,新型DC-DC变换器可以很好地实现直流变压功能,直流电压电流波形理想。     

双向MMC型DC-DC变换器的控制策略研究

双向MMC型DC-DC变换器由于其具有电气隔离、灵活控制直流功率、适用于高压大功率场合等诸多优势,目前得到了广泛的关注。本文提出了一种适用于双向MMC型DC-DC变换器的控制策略,该控制策略系统级采用定交直流电压控制,实现对变换器有功和无功功率的控制;阀组控制采用先生成触发脉冲,然后排序均压的控制方式,实现变换器桥臂能量的均衡。MATLAB/Simulink仿真表明在所提控制策略下,变换器可以获得稳定的直流输出电压,子模块电容电压实现了较好的均衡,同时各个子模块的开关频率也实现了一致,结果比较理想。     

基于旋转电容的直流电网软开关DC-DC变换器设计

作为连接不同电压等级直流母线的关键设备之一,DC-DC变换器转换效率的提高对于建立直流电网有重要意义。为了降低大功率软开关DC-DC变换器的体积和质量,基于旋转电容构造了一种能够实现功率器件零电流关断的非隔离型双向DC/DC变换器。介绍了变换器的电路拓扑结构;分析了不同模式下的稳态工作过程;设计了器件的具体参数及控制方案并研究了变换器的损耗特性;最后,在Matlab/Simulink中搭载仿真模型,验证了设计方案和控制策略的正确性。结果表明,所设计的变换器能够实现开关管和二极管的零电流关断,具有较高的转换效率。     

一种新型宽范围ZVS三电平全桥DC/DC变换器

现有的DC/DC变换器存在以下缺点:低功率、低效率和很差的负载适应能力。对此提出了一种新型全桥三电平DC/DC可控源电路,高频变压器的副边有三组绕组,为了提高输出电流,采用两个降压绕组并联整流输出;可控源电路采用不对称移相PWM控制方式,换流电感串接在第三个降压绕组上,空载或轻载时换流电感向滞后桥臂提供换流能量,保证在整个功率范围内实现软开关。通过实验验证提出的DC/DC变换器具有输入电压高、宽范围实现ZVS、高效率的优点。