基于混杂系统的DC-DC变换器建模与控制

电力电子电路作为开关型切换系统，其连续时间变量与离散事件相互混杂、相互作用，因此也是一个混杂系统。运用混杂系统的相关理论，给出了对二阶DC/DC变换器在连续工作模式(continuous current mode，CCM)下统一的混杂系统模型。运用Lyapunov直接法分析系统稳定性，根据稳定条件，提出了一种新型的类滑模控制策略，并以Boost电路为例进行了仿真和实验研究，验证了该方法的有效性，同时提出了改进措施，以满足实际应用需要。因此，与传统的状态空间平均法相比，基于混杂系统理论构建的模型中没有线性近似处理，理论上可以得到比较精确的模型，实现对电力电子电路进行更好的分析与控制。     

混杂系统DC/DC变换器的自适应滑模控制

DC/DC变换器在工作时,输入电压或负载因外界不确定因素的影响,将导致系统出现运行工作不稳定等情况。在此采用混杂系统理论构建DC/DC变换器的观测器模型,设计自适应律观测输入电压和负载的变化,结合滑模控制响应速度快的优点,提出一种新颖的自适应滑模控制(ASMC)方法。通过Lyapunov函数证明得出输入电压以及负载变化的自适应方程并将其应用于滑模控制,利用滑模等效控制恒定开关频率,同时采用一种新型指数趋近律,相比传统指数趋近律具有更快的收敛速度。最后,搭建仿真实验平台,通过与传统比例积分(PI)算法进行比较,验证所提自适应滑模控制算法的可行性。     

考虑母线电压稳定的双向DC-DC变换器模型预测电流控制∗

针对氢燃料电池汽车在负载突变情况下动态响应慢、直流输出电压不稳定等问题,提出一种交错并联双向 DC-DC变换器(BDC)方案及一种考虑母线电压稳定的改进模型预测电流控制方法.首先对BDC变换器工作原理进 行详细分析,得出传递函数并对传递函数进行z 变换.然后考虑系统电压、电流跟踪情况对成本函数进行优化设计, 通过求解最优控制变量实现提高系统响应速度和降低输出电流纹波以及平衡母线电压的控制目标.MATLAB/Simu- link仿真及４５kW 样机实验对比显示,PI控制与所提出的控制方法响应时间分别为0.05s、0.01s,电压超调分别为 12.5V、1.5V,表明所提出的控制方法能很好地改善系统动态响应和输出性能.     

高动态响应DC-DC Buck变换器边界控制与滑模变结构控制性能比较

通过引用边界控制大信号稳定性及提高系统动态响应理论，以DC-DC Buck电路为例，设计了二次边界控制及滑模控制的开关切换面。通过MATLAB／Simetrix仿真比较波形，验证了理论分析的正确性。边界控制理论适用于所有的非线性开关变换器电路，是一种简单有效的稳定性判定及提高动态响应的控制方法。     

基于超级电容的双向DC-DC变换器控制研究

针对轨道交通1 500 V系统再生制动能量利用,研究了基于超级电容储能的输入串联多相并联双向DCDC变换器的控制及其系统能量管理策略。采用输入串联、多支路并联的拓扑结构降低了功率器件电压应力和电流应力及减小了无源滤波器件的体积,同时降低了1 500 V系统对储能元件超级电容的耐压及模组均压控制的要求,使得系统的可靠性更高。针对该拓扑结构的特点,结合工程实际应用,考虑超级电容容值参数差异性及大内阻的特点,以超级电容的能量利用最大化为优化目标,对其充放电过程中超级电容电荷状态误判及系统输入输出侧均压控制策略进行了优化设计。最后通过仿真和实验验证了所提控制策略的有效性。     

基于平坦理论的直流微电网双向DC-DC变换器改进滑模自抗扰控制

针对直流微电网系统中分布式电源功率波动、负载频繁投切以及不确定性扰动造成的母线电压波动问题,以直流微电网储能单元双向DC-DC变换器为研究对象,提出了一种基于平坦理论的改进滑模自抗扰控制策略。该方法采用双闭环控制结构,其中,电流内环采用微分平坦控制,提高系统的动态响应速度。在考虑系统抗扰性能和高频噪声影响的基础上,利用增阶滤波扩张状态观测器对外环模型总扰动进行估计。并根据状态量和扰动量估计信息设计了电压外环改进滑模自抗扰控制器,进一步提升系统的鲁棒性能。最后利用Matlab/Simulink软件进行仿真,验证了所提控制策略的有效性及优越性。     

双向DC-DC变换器基于切换系统的建模与储能控制

吸收利用制动状态电机回馈再生电能已成为电机系统节能的重要途径。通过分析储能节能系统结构,得出储能系统等效电路;在此基础上建立了用于储能节能系统的双向DC-DC变换器切换系统模型,构造了系统的Lyapunov函数,通过Lyapunov函数推导出系统切换控制律。在储能和放电两种工况下的仿真结果表明,系统能够完全吸收并利用电机回馈电能,保持直流母线电压稳定,实现系统节能。     

基于切换系统的储能节能系统双向DC-DC变换器建模与控制

吸收利用制动状态电机回馈再生电能已成为电机系统节能的重要途径.采用超级电容储能的节能系统,能够通过回收电机制动时的再生能量实现系统节能.本文通过分析超级电容储能节能系统结构,得出储能系统等效电路;在此基础上建立了用于储能节能系统的双向DC-DC变换器切换系统模型,构造系统的Lyapunov函数,并以此推导出系统切换控制律.在储能和放电两种工况下的仿真结果表明,系统能够完全吸收并利用电机回馈再生电能,保持直流母线电压稳定,实现系统节能.     

光伏发电-超级电容储能并网系统的直流母线电压稳定控制

光伏发电并网系统因太阳能的周期性和间歇性会对电网造成扰动,影响电网的安全稳定运行。针对双级式光伏并网发电系统,在直流母线侧增加超级电容储能可以平抑光伏发电功率的波动。从控制功能的角度,将光伏发电-超级电容储能并网系统分为光伏发电、逆变器和超级电容储能3个功能独立的子系统;建立了各子系统的数学模型,并在此基础上分析确定各子系统分别实现最大功率跟踪控制、恒功率控制和直流母线电压稳定控制的具体方案;针对直流母线电压的稳定控制,提出一种基于鲁棒渐近跟踪控制的方法。通过模拟不同辐照强度,不同电网有功-无功功率需求等多种工况进行仿真验证。结果表明,所提控制功能划分合理,控制方法有效且兼有较好性能。     

DC-DC变换器控制方法研究现状

全面介绍了现代控制理论及智能控制方法在ＤＣ－ＤＣ变换器中的应用,简要分析了各种控制方案的优缺点,并展望了ＤＣ－ＤＣ变换器控制的发展趋势。     

用于超级电容储能系统的三电平双向直流变换器及其控制

传统两电平DC-DC变换器开关器件承受电压应力高,输出电流纹波大。本文采用一种三电平双向直流变换器控制超级电容的能量流动,有效提高了超级电容充放电效率和输入电压等级。分析了三电平双向直流变换器的工作原理及其控制策略,在Matlab/Simulink平台上搭建仿真模型,验证了三电平双向直流变换器拓扑的优点,并实现了对直流网压、飞跨电容电压以及超级电容充放电电流的控制;样机实验表明了该变换器及其控制的合理性和有效性。     

光伏发电系统高增益DC/DC变换器的研究

介绍了多种应用于光伏发电系统的前级DC/DC电路拓扑的优缺点,总结了DC/DC变换器应用于光伏发电系统中出现的新技术。提出了4种软开关高性能、高增益DC/DC非隔离及隔离型变换器的基本思想,以实现所有功率开关管的软开关。     

基于变频-移相混合控制的L-LLC谐振双向DC-DC变换器

随着储能系统的不断发展及其在直流分布式系统中的广泛应用,充当储能与直流分布式系统能量交互接口,调节范围宽、运行效率高的双向直流变换器得到深入的研究。提出一种基于变频-移相混合控制的L-LLC谐振双向直流变换器,具备宽泛的增益及功率范围,可实现输入侧开关管的零电压开通和输出侧整流管的零电流关断,运行效率高。对变频-移相控制下L-LLC的运行状态及特性进行了精确的描述分析,从理论层面论证采用变频-移相混合控制的合理性并提出一种简单的变频-移相混合控制实现方法。样机实验结果验证了L-LLC谐振双向直流变换器理论分析的正确性及其在运行效率和调节范围两方面性能的优越性。     

光伏发电接入直流配电网DC-DC变换器的仿真研究

光伏发出的电压较小且不稳定,不能直接接入配电网,需要通过相应的控制装置来实现电压的升高和稳定。为此,设计了升压型DC-DC变换器,采用全控型器件绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)的控制电路,将最大功率点跟踪控制器的输出作为脉冲宽度调制(pulse w idth modulation,PWM)控制器的输入,PWM控制器输出占空比不同的矩形波控制IGBT的导通时间,从而实现变换器升压和稳压的功能。仿真结果表明,所设计的DC-DC变换器实现了光伏发电的升压和稳压,验证了所提控制方法的有效性和可行性。     

三电平中压风电变流器的研究

随着风电变流器向多兆瓦的发展,传统的低压风电变流器系统由于电流应力过大的问题,已不能很好地适应风电系统功率扩展的需求。深入研究了基于三电平技术的中压风电变流器的拓扑结构、主电路参数以及控制算法,研究了高压大功率IGBT的驱动技术,并完成了一台小功率的实验样机。样机基于DSP+FPGA主从处理器控制平台,对拓扑结构、关键性算法等进行了验证。实验结果证明了三电平中压风电变流器方案的可行性。     

永磁同步直驱风力发电系统的并网变流器设计

用于永磁同步直驱风力发电系统的并网主回路,采用双PWM控制AC/DC/AC电压型变换器。在此分析了该系统的控制原理,建立了双PWM变换器的系统控制模型。利用高速TMS320F2812型DSP芯片建立了基于双PWM变换器的永磁同步直驱风力发电系统实验平台。研究了系统的控制策略。实验结果表明,所建立的发电系统实现了变速恒频发电运行,能够独立调节系统输出的有功功率和无功功率,且系统具有良好的动静态性能。     

基于智能算法实时矢量优化的永磁同步风电系统变流器容错控制方法研究

风电机组运行环境复杂多变、受非定常载荷影响显著,功率变流器作为风力发电系统的关键部件,面临着严峻的可靠性挑战。由于风电机组可及性差和运维成本高,变流器的容错运行不但能有效提高系统不间断运行能力和可用率,而且还能使检修人员可以更合理地安排事后维修,最大程度地提升风电场的经济效益和运维安全保障。为了实现容错运行,该文提出一种基于智能算法实时矢量优化的变流器容错控制方法。该方法采用遗传算法,并以实际参考电压矢量作用时间和角度与设定目标之间的绝对误差最小值作为优化目标函数,同时借助高算力硬件和并行计算策略对畸变电压空间矢量进行实时精准优化补偿。实验结果表明:故障产生的三相电流畸变、直流电压降低和发电机转速波动经容错控制后均有明显改善;容错运行的变流器性能表现稳定,并且不会随故障状态的改变而发生大范围的波动。该文的探索也为在电力电子系统实时控制中运行大计算量的智能优化算法提供了有效的解决方案。     

基于电流源换流器的混合型海上风电直流输电系统

基于二极管整流器(DR)的海上风电并网方案能大幅降低投资成本,但其控制和启动问题难以解决.主动换相型电流源换流器(CSC)具有较高的功率密度和较强的控制性能,但成本相对较高.文中提出一种基于DR与辅助CSC混合级联的海上风电直流输电并网系统,既能实现海上平台轻型化,又能解决DR的控制和启动问题.首先,对拓扑结构和数学模型进行分析;然后,提出海上风电并网系统的稳态控制策略和黑启动控制策略,并基于PSCAD/EMTDC进行仿真验证;最后,对所提方案进行经济性分析.结果表明,混合级联型海上风电并网系统能平稳完成风电场黑启动,具有良好的稳态特性,并能适应风电出力的波动.