一种新型三电平双向DC-DC变换器

三电平桥式电路中开关管承受的电应力比普通桥式电路中开关管承受的电应力减小一半,结合三电平电路结构的优点,省去了传统三电平双向DC-DC变换器中的一对飞跨电容,提出了一种新型三电平双向DC-DC变换器。该新型三电平双向DC-DC变换器使电路中开关管电应力减小,谐波成分降低。利用交错移相的控制策略进行控制,使得新型变换器中所有开关管均能实现零电压开关(ZVS)。通过2.4 kW的样机试验验证,提出的新型三电平双向DC-DC变换器性能优良,与传统的双向DC-DC变换器相比,效率有了显著提升。     

双向DC-DC变换器的控制模型

双向DC-DC变换器在不同的功率流向时，存在不同的控制模型。有学者认为，对于能量双向流动的闭环系统，单电压环补偿不能实现闭环稳定工作，而状态反馈可以实现闭环稳定。该文以Buck／Boost双向DC-DC变换器为例构建试验平台，通过双向控制模型的分析，采用PID补偿环节的单电压闭环实现了BDC系统闭环稳定，并进行了试验验证，试验系统的稳定和良好动态性能说明该文分析正确。     

三电平双向直流变换器的模型预测电压控制研究

三电平双向直流变换器以其传输效率高和输出波形畸变率小等优点在储能系统等低压大电流场合得到了广泛应用.但由于其输出电平数量的增多,调制复杂度增加,可能在应用中出现中点不平衡问题.针对以上问题,提出模型预测电压控制MPC(model predictive control)方法,实施直流母线电压和输出侧分压电容均压的多目标优...     

三端口隔离双向DC-DC变换器模型预测控制技术

为提高直流微电网中三端口隔离双向DC-DC变换器的动态性能,针对三有源桥(TAB)DC-DC变换器,该文提出一种模型预测控制(MPC)策略。考虑TAB变换器各端口的控制目标,基于移相控制和平均值模型建立TAB变换器离散化预测模型,通过MPC问题最优求解设计预测控制器,以实现端口间的解耦控制效果。进一步分析系统参数偏差对MPC策略控制效果的影响,设计抑制稳态误差的TAB变换器MPC控制方案。基于TMS320F28335+FPGA_XC6SLX16的双处理器控制内核搭建TAB样机,实验结果验证了该文所提方法的有效性,且具有更快的动态特性及端口功率解耦运行能力。     

一种双向隔离三电平DC-DC变换器电流有效值最小控制方法

针对双向隔离DC-DC变换器在传统"两电平H桥结构+移相控制"模式下进行功率传输所导致的开关器件承受电压应力大、变换器传输效率低等问题,提出一种"双边三电平半桥结构+电流有效值最小控制策略"方案。该方案将H桥结构替换为三电平半桥结构并在传统移相控制的基础上增加对变压器漏感电流有效值的控制,降低了变换器损耗和开关器件承受的电压应力并提高了变换器的传输效率。根据隔离变压器漏感电流有效值表达式与零电压开关条件,对电感电流有效值最小控制方法的控制曲线进行了详细推导,并根据该控制曲线设计了基于可编程逻辑器件的控制核心。采用新型Si C MOSFET开关器件搭建了物理实验平台。实验结果表明在所提方案的作用下开关器件所承受的电压应力、变换器损耗和变换器传输效率都得到了较大的改善,验证了理论分析的正确性和所提方案的可行性。     

宽增益三电平串联谐振双向DC-DC变换器

针对输入电压变化范围较宽且电压等级较高的应用背景,本文提出一种三电平串联谐振双向DC-DC变换器拓扑。新的拓扑采用三电平全桥结构和移相控制技术,通过调节移相角和三电平桥输出电压零电位占空比,用以改变输出电压。综合考虑软开关范围和谐振腔电流等因素,对系统进行建模。通过分析,给出了三电平串联谐振双向DC-DC变换器的参数设计方法。同时,在保证所有开关管均可以实现零电压开关的前提下,有效地扩宽了电压增益范围。最后,设计了一组额定功率为1.6 kW的PSIM仿真系统,验证了拓扑结构和参数设计的可行性。     

三电平双向变换器

提出了一种新颖的三电平双向直流变换器。与传统的两电平双向直流变换器相比,该变换器具有结构简单,输入输出共地,易于控制;开关管电压应力仅为高电压端输入电压的一半;电感大大减小,从而提高变换器的动态响应等优点,因此非常适合于燃料电池、光伏发电和风力发电等分布式供电系统。该文分析了三电平双向变换器的工作原理,并详细给出了交错控制互补驱动、能量双向流动控制和飞跨电容电压控制的实现方法。该文最后通过一个1kW的原理样机验证了理论分析的正确性和控制策略的有效性。     

适用于Boost三电平变换器的模型预测控制方法

相比于传统的双闭环控制,模型预测控制(MPC)具有动态响应快、无需调节PI参数以及可以增加系统状态变量约束等优点,被广泛应用于DC-DC变换器的控制中。而在大多数的研究中,一般采用的是有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)方法,但这种控制方法无法提供固定的开关频率。因此,针对Boost三电平变换器,提出了一种基于连续控制集模型预测控制(CCS-MPC)的固定开关频率控制方法,其可同时实现输出电压控制以及平衡输出侧中点电位2个控制目标,并且在评价函数中无需调节不同控制目标的权重系数,简化了控制器参数设计难度。通过MATLAB/Simulink软件和dSPACE实时仿真系统进行仿真与实验,结果都证明了理论分析的正确性。     

耦合电感三电平DC-DC变换器

为了降低光伏发电等大功率应用场合中直流电源的输入电压,提出了一类耦合电感三电平DC-DC变换器.该类变换器运用耦合电感模块替代传统电感,提高了电压增益;在结构上进行三电平变换,且在耦合电感两侧并入钳位二极管,减小了开关管的电压应力.以耦合电感三电平Sepic电路为例进行了研究,在Sa-ber中搭建了仿真模型,并制作了一台100 W的样机.实验结果表明:该变换器具有更高电压增益、低电压应力的特点.     

三半桥双向DC-DC变换器的控制系统设计

为了设计三半桥双向DC/DC变换器控制器,进一步提高变换器的性能,本文探讨了三半桥拓双向DC/DC变换器控制器的设计参数。通过波特图分析,设计了三半桥双向DC/DC变换器的电流内环、解耦网络以及电压外环,并利用Matlab/simulink进行了仿真验证。结果表明所设计的电流内环、解耦网络和电压外环控制系统具有良好的抗干扰性能。     

光储系统中双向变换器的模型预测控制方法

针对光储系统中双向Buck/Boost DC-DC变换器,提出了新的基于模型预测控制(MPC)的方法。该方法通过建立系统模型来预测下一时刻变换器中所有可能的开关状态所对应的目标函数值,然后通过最小化目标函数值确立下一时刻的开关状态,使系统控制目标达到最优。将所提出的新的控制方法与原有的传统PI控制方法进行了仿真比较,仿真结果表明模型预测控制方法不仅实现了母线电压的稳定,使其超调控制在1.25%以内,而且使双向DC-DC变换器工作模式之间的切换时间缩短。     

双向变换器的两段式软起动方法

双向变换器在两端"源"的运用场合下,采用传统的软起动方法,由于开关管互补导通,会从输出端"源"引入反向电感电流,导致损坏变换器。提出一种新颖的双向变换器两段式软起动方法,通过对主控管和被控管均实施软起动,可实现双向变换器在两端"源"下的开机软起动,避免产生反向电感电流。两段式软起动方法适用于一族的双向变换器,并可推广到多电平双向变换器中。该文最后给出了双向变换器两段式软起动及在燃料电池供电系统中开机的实验结果,验证了双向变换器两段式软起动方法的有效性。     

三电平直流变换器混杂系统建模与控制

建立了三电平直流变换器的混杂自动机模型,并提出了相应的闭环控制算法,算法核心是使系统进入周期循环稳定的工作中并对输出电压进行调节,能够同时满足电感电流连续模式和不连续模式,具有宽负载范围。将输出电压稳压调节问题转化为离散状态转换条件选择问题,推导了离散状态转换条件。使用Matlab/Simulink中的状态流程图实现了基于混杂自动机的三电平直流变换器控制系统,并进行了详细的仿真以检验闭环控制算法的正确性。仿真结果表明,三电平直流变换器在4种工作模式下稳态性能均良好,模式切换过程中动态响应快超调小。     

Improved Model Predictive Control of Three-level Voltage Source Converter

Abstract—In conventional model predictive control, 27 switching states for three-level power converters are evaluated online, and the state in which the cost function is the smallest will be applied in the next sampling period. The amount of calculation, however, is too high, and it may cause too high of a jump for the phase voltage or line voltage in the AC side of the three-level converter, which means that each switching action causes voltage variation to exceed U_dc/2. To solve these problems, an improved model predictive method is proposed in this article. The proposed method only needs a subset of all the three-level states, which is obtained by adding and subtracting two-level state groups in the current switching state, for prediction and optimization. The high jump of the AC-side voltage is effectively avoided, and computational effort is greatly reduced. In addition, reduced switching frequency is obtained. The experiments are carried out by the two methods, and the results verify the correctness and feasibility of the proposed control strategy.     

一种新型的零电压开关双向 DC-DC变换电源

介绍了用于中小功率的双向DC-DC变流装置,它能将直流电压从24 V提升到240 V,也可以将240V直流电压变换成24 V.在变流器的两个桥式电路中间使用一个隔离变压器,在不增加电路器件的情况下,实现电能的双向传递,变流器通常工作在降压方式,主直流电源来自交流或燃料电池,主电源向负载提供电能的同时向蓄电池充电,在主直流电源故障的情况下,蓄电池替代主直流电源,向负载供电.使用适当的控制策略,实现元件的零电压开关.在对电源系统的工作原理进行理论分析的基础上,对其进行了仿真和实验验证,证明系统具有转换效率高、性能稳定和电路简单等特点.     

三电平中性点钳位整流器模型预测电流控制算法

将三电平中性点钳位整流器作为研究对象,以维持单位功率因数运行、减小网侧电流谐波、补偿计算时间延迟和保持直流侧电容电压平衡为研究目标,提出了一种基于在线简化的模型预测电流控制策略。该方法通过坐标变换构建α-β静止坐标系下三电平中性点钳位整流器的预测模型,结合电压空间矢量等效变换的原理,求出三电平中性点钳位整流器的参考输出电压矢量,判断其所在扇区,从而选择该扇区最优电压矢量所对应的开关状态直接作用于整流器。同时,针对该算法在实际应用中容易产生计算时间延迟现象,引入拉格朗日外推法,得到具有延时补偿的控制策略。最后,仿真结果证明了该方法的正确性和有效性。     

一种交错并联反激式三电平DC-DC变换器

本文在传统反激变换器基础上,引入三电平技术,并针对传统反激三电平DC-DC变换器电源两端并联的分压电容不均压的问题,提出了一种交错并联反激式三电平DC-DC变换器。该变换器具有电路拓扑简洁,输出只需电容滤波,减小输出滤波器,提高了变换器功率密度等优点。深入分析了该变换器的工作原理及工作过程,推导了其输入输出关系,和传统的反激两电平变换器相比,可以得出该并联交错三电平反激变换器能减小输出电容,降低功率开关管电压应力等结论。最后设计了闭环控制策略,并基于saber对电路进行仿真,验证了该拓扑的正确性和输出电容小、功率开关管电压应力低等特点。