考虑器件损耗的DAB变换器最大输出功率分析

针对双有源桥DAB(dual-active-bridge)DC-DC变换器输出功率受变换器运行损耗的影响,对考虑开关器件损耗的DAB变换器输出功率进行特性分析。首先,根据DAB变换器不同工作模态与开关器件的工作特性,建立了双重移相调制策略下的开关器件损耗模型;然后,利用该模型推导出考虑开关器件损耗情况下的输出功率分布,并分析了该输出功率的特性,与理想输出功率相比,考虑器件损耗下的最大输出功率点向损耗偏小的方向发生了偏移,偏移趋势与开关器件的参数有关;最后,搭建了实验平台进行验证。实验结果证明了最大输出功率点偏移趋势的准确性。     

双有源桥DC-DC变换器升降压功率特性优化控制

双有源桥DC-DC变换器工作在升压、降压状态下时,在传统单移相控制下,电压的不匹配程度会影响变换器的超前桥、滞后桥以及电感上的功率分布情况,进而增加变换器的通态损耗。引入内移相角的双重移相控制可以改变输入、输出侧的电压波形,进而优化流过超前桥、滞后桥的无功功率,在改变变换器的功率特性的同时增加了控制的自由度和灵活性。在此基础上提出了变换器工作在升压、降压状态下,以电感上的无功功率为优化目标的双重移相控制策略,减小了变换器的整体无功功率和通态损耗,从而提高变换器的效率。最后通过试验验证了该双重移相控制方式的有效性和优越性。     

多电平直流链电力电子变压器控制策略研究

多电平直流链电力电子变压器(PET)中间级子模块拓扑包括半桥和双有源桥两部分。直流链两端电路不同的结构和控制策略会造成直流链电压的波动和不稳定。传统控制策略需要大量电流传感器,并且控制链路上的低通滤波器影响了系统的动态响应。文中提出了一种多电平直流链PET的控制策略,由串并联功率模块中的半桥电路稳定直流链总输出电压,由双有源桥电路实现直流链不同模块之间的均压。同时,所提控制策略只需要中压直流端口连接电感处的一个电流传感器,所有功率模块均不使用电流传感器,节省了系统的成本。仿真结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

基于基波分析方法的绕组电流谐波计算研究

三相双有源桥DC-DC变换器的固有软开关能力、滤波电容器电流低等特点而广泛应用于直流配电网。基于三相双向有源桥DC-DC变换器的拓扑结构,分析了不同联接方式下的高频三相变压器的电压电流波形。基于变压器在三种不同联接方式下的近似等效电路模型和电压与电流之间的相量图,采用基波分析方法推导了高频三相变压器绕组电流的各阶次谐波计算表达式,结合各阶次谐波频率下的交流电阻系数表达式,进而实现绕组高频损耗的计算。最后,将解析计算结果与仿真结果进行对比,结果表明各阶次谐波电流幅值、绕组总损耗值与解析计算方法的最大误差为8.4%,验证了解析计算方法的正确性。     

应用于船舶中压直流系统的电力电子配电变压器

中压直流系统适合应用于大型船舶,能够减少系统体积重量,提升运行能效。但是目前直流断路器和直流配电研究进展缓慢,限制了直流系统的应用。电力电子变压器由电力电子变换器和高频变换器组成,拥有高效率和高功率密度的特点,适用于船载的配电应用。在分析对比了几种直流变压器拓扑的基础上,提出将串联输入并联输出(ISOP)双主动桥(DAB)变换器用作船载配电变压器,研究了该拓扑的调制和控制方案,并通过实验进行了验证。     

双有源桥式直流变压器发展与应用

直流变压器是实现新能源高效、经济的大规模汇集和构建直流输配电一体化网络的关键设备。文中对双有源桥式直流变压器关键技术发展和应用进行介绍和展望。首先,通过梳理直流变压器的典型应用场景,对不同场景下的应用特点进行概述。在此基础上,针对中高压直流输配电应用场景,从核心电路、典型结构、运行控制、工程化设计、实现和应用等多个方面对直流变压器的分析、设计和实用化方案进行介绍和讨论。最后,对直流变压器的未来发展方向进行展望。随着新能源和直流输配电系统迅速发展,直流变压器的大规模推广应用值得期待。     

应用于两级式逆变的双有源串联谐振变换器二倍频波动抑制及控制参数设计

在两级式逆变器中,后级逆变器在带有单相或三相不平衡负载时会产生二倍频的瞬时功率波动,此二倍频波动会耦合进入前级直流变换器,造成前级双有源串联谐振变换器(dual active bridge series resonant converter, DBSRC)的交流谐振电流幅值出现较大的二倍频波动。考虑到DBSRC高阶模型较为复杂,提出简化的降阶一阶小信号模型。基于此简化模型,通过在电压闭环回路中串入二倍频陷波器,大范围地增加二倍频处的闭环输出阻抗,从而实现抑制前级的DBSRC的谐振电流波动。进一步,提出保证两级式逆变系统稳定的二倍频波动抑制的控制参数设计方法。最后,通过仿真和实验验证了所提出的简化降阶模型和控制系统参数设计的有效性和可行性。     

双向全桥DC-DC变换器中大容量高频变压器绕组与磁心损耗计算

精确预估非正弦波激励下高频变压器绕组与磁心损耗、研究不同模态下变压器损耗的变化趋势,对于电力电子变压器(PET)精细化设计至关重要。在对PET中间级——隔离式双向全桥DC-DC变换器工作原理进行分析的基础上,建立变换器的近似等效电路模型,得到一种适用于隔离式双向全桥DC-DC变换器中高频变压器绕组损耗计算方法。在计算方波、梯形波电压激励下的磁心损耗时,推导出修正的Steinmetz经验公式简化解析计算式,引入仅与占空比和上升时间有关的修正系数,据此可直接利用正弦波激励下的损耗系数,快速获取典型工作模态下磁心损耗。设计制作一台1.2k V/0.3k V/5k V·A非晶合金磁心高频变压器试验模型,将所提方法的计算结果与有限元仿真和试验测量结果对比,验证了所提方法的有效性。     

直流配电系统SRDAB接口变换器的复合容错控制方法

针对广泛应用于主动直流配电网的串联谐振型双有源桥(SRDAB)接口变换器典型故障开展研究。首先分析了基于占空比调节和基于全桥变换器拓扑结构重组的容错控制方法,并详细比较了两种方法的容错特性及其固有缺陷。在此基础上,提出了一种复合容错控制方法,该方法实时监测输出电压,在出现电压跌落后通过占空比调节快速恢复电压,并自动重组拓扑结构,实现高效运行,使电路具有故障自主辨识能力和故障后自主恢复能力。相比于传统的容错方法需要大量的硬件冗余和复杂的故障检测电路来检测具体故障,该方法无须增加任何硬件且无需复杂的故障定位方法,通过复合控制即可实现高效可靠的故障容错运行。此外,所提出的方法具有良好的暂态和稳态控制特性,克服了传统容错控制在运行模式切换时刻带来的电流冲击、电压跌落等缺陷。实验证明了所提方法对双有源桥接口变换器容错控制的有效性。     

双Buck-Boost集成DAB型三端口直流变换器电流应力优化

针对双Buck-Boost集成双有源桥型三端口直流变换器高频链的电流应力优化问题,提出相应的控制方法. 为了实现对各个端口电压与功率的调节,高频变压器原边采用占空比控制,原、副边之间采用移相控制. 副边2个桥臂之间的内移相角可以作为第3个控制量,以实现优化控制目标;提出在传统控制方法的基础上引入副边桥臂间的内移相控制,实现优化高频链电流应力的效果. 建立三端口直流变换器高频链各模式下电流应力优化问题的数学模型,给出电流应力优化的实现条件. 搭建500 W的实验样机,对所提的电流应力优化控制方法进行实验验证. 结果表明,利用该方法可以有效地降低高频链的电流应力,提升系统效率,负载端口轻载时的效果更加明显.