基于随机扩频的Buck-Boost变换器分岔与混沌现象的仿真分析

Buck-Boost变换器中存在着电磁干扰过大,以及电感电流与输出电压的波纹过大的问题,通过引入随机扩频技术减小这些问题的方法已经得到广泛应用,但引入该方法后仍存在复杂的分岔与混沌现象。在对随机扩频技术进行分析后与建立了基于随机扩频技术的Buck-Boost变换器的精确离散迭代映射模型;研究了采用随机扩频技术后的Buck-Boost变换器中的非线性现象,通过运用MATLAB软件进行编程绘制了电感电流随电路参数变化的分岔图,证实了其中存在复杂的非线性行为,研究了随机扩频技术中各电路参数对Buck-Boost变换器中非线性行为的影响规律;研究表明运用参数微扰法可以抑制其中的分岔与混沌现象。为Buck-Boost变换器电路设计提供了理论基础。     

开关电感Boost变换器的失效机理及基于参数扰动的混沌控制方案研究

开关电感Boost变换器是新能源系统中应用较为广泛的一种高增益DC-DC变换器。由于变换器本身的特性,当电路参数的变化超出一定范围时,会发生分岔、混沌等非线性现象,造成变换器失效,此时变换器无法正常稳定运行并且工作性能下降,因此有必要控制变换器从混沌态重回稳定态。基于参数扰动混沌控制法的基本原理,设计了适用于峰值电流控制型开关电感Boost变换器的混沌控制方案。该方案可使工作于混沌状态的变换器能迅速返回周期-1态稳定工作,其输出电压增益得以提高、输出纹波显著降低,并且在输入和负载有较大扰动时变换器系统均能稳定工作。利用非线性理论对变换器失效机理进行分析和混沌控制,对于DC-DC变换器参数设计、稳定性分析和性能提升具有一定的实际应用价值。     

宽电压范围高速低压发电机交直变换器的平均电流控制策略

基于双管Buck-Boost变换器,提出一种高速低压发电机交直变换器的平均电流控制策略。高速低压发电机的输出电压宽,低频电压纹波大,难以直接应用于低压直流供电系统,需要对发电机的输出电压进行稳压变换。同极性的双管Buck-Boost变换器适用于宽电压范围输入场合。基于平均开关模型,建立双管Buck-Boost变换器同步工作模式的非理想低频小信号模型,推导关键的传递函数,分析输入参数变化、负载变化以及右半平面零点对控制环路稳定性的影响,提出高稳定性和低输出纹波的宽输入电压平均电流控制策略。通过SABER仿真软件,验证宽电压输入双管Buck-Boost变换器平均电流控制的可行性,设计一台10倍输入电压变化范围的原理样机并进行实验测试,验证了所提出控制策略的可靠性和有效性。     

三类组合直流变换器型高频环节逆变器的分析比较

组合直流变换器型高频环节逆变器是由两个相同的隔离双向直流变换器输入侧并联、输出侧反向串联构成,包括Buck、Boost、Buck-Boost型三类。主要对Buck、Boost、Buck-Boost组合直流变换器型高频环节逆变器的电路拓扑、控制策略、输入电流纹波、输出电压纹波、关键电路参数、原理实验波形等方面进行了比较研究,获得了重要结论。     

Buck-Boost变换器非线性电流控制研究

基于输入输出线性化,提出一种新型Buck-Boost变换器非线性电流控制方法。通过研究系统的内动态稳定性,指出采用电压模式控制时,其内动态不稳定;采用电流模式控制时,其内动态稳定,可通过直接控制电感电流来间接控制输出电压。因此,采用输入输出线性化非线性控制方法推导出新的电流控制律,仿真及实验结果表明,该方法能保证电感电流有效精确地跟踪给定值,输出电压无稳态误差,控制系统动稳态性能良好且对系统参数扰动具有较强的鲁棒性。     

基于不稳定周期轨道的参数扰动法在Boost变换器混沌控制中的应用

电力电子变换器是典型的非线性系统,分岔与混沌等非线性动力学现象的存在限制了变换器的工作范围,并对变换器性能产生了不良影响。因此,在对Boost变换器进行非线性动力学分析的基础上,通过采用一种基于不稳定周期轨道的参数扰动法,对处于混沌态的变换器进行控制,使重新工作于周期-1态。MATLAB数值仿真结果证明控制方案的有效性,在不改变主电路参数的前提下,可以扩大DC-DC变换器的稳定工作空间,提高变换器的增益,降低输出电压和输入电流的纹波,使变换器的性能得以提升。     

电流模式控制Buck-Boost变换器非线性行为研究

首先建立了电流反馈型Buck-Boost变换器在连续导电模式和不连续导电模式下的离散迭代数学模型,根据稳定性判据得出系统的稳定工作区域。在反馈系数K、输入电压Vin、电感L等为分岔参数作用下,利用数值方法对Buck-Boost变换器中的非线性行为进行了详细的仿真研究。仿真研究和理论分析的结果吻合得很好,研究结果表明:Buck-Boost变换器在这两种工作模式下都是强非线性的,运行时会呈现出分岔、混沌等非线性现象。     

基于多模式控制的储能用双向Buck-Boost DC/DC变换器

由于各种分布式能源的大量接入，电网需要加入储能单元以平抑潮流的波动。储能系统中，为了在宽输入、输出电压范围的情况下实现高效双向电能转换，探讨一种基于多模式控制的双向Buck-Boost DC/DC变换器。当输入电压显著高于输出电压时，变换器工作在Buck模式，采用谷值电流控制。当输入电压显著低于输出电压时，变换器工作在Boost模式，采用峰值电流控制。当输入电压接近输出电压时，变换器工作在Buck-Boost组合模式，采用移相控制来实现平滑过渡。为了实现高精度的输出和快速的动态响应，控制环路采用二型补偿器。通过Buck模式和Boost模式小部分重叠工作的方式，消除了传统Buck-Boost变换器在模式切换时存在的断续现象。制作的1 kW实验样机具有97.5%的峰值效率以及Buck模式与Boost模式平滑切换的特点。     

BUCK-BOOST变换器的无源性电流控制方法

为了简化系统控制结构,提高Buck-Boost变换器的控制性能,本文提出了一种通过直接控制电感电流间接控制输出电压的Buck-Boost变换器无源性电流控制方法。首先根据无源性控制方法建立了系统的欧拉-拉格朗日能量模型,然后基于无源性理论和Layapunov稳定性理论,推导出了系统的无源性控制规律。实验结果表明,系统输出电压稳定,鲁棒性较强,动态响应良好。     

Buck-Boost基于精确反馈线性化统一控制研究

利用状态空间平均法建模建立了Buck-Boost变换器的数学模型,然后基于非线性系统的微分几何理论,在变换器仿射非线性模型的基础上,推导出了非线性坐标变换矩阵和状态反馈表达式,进而得到了Buck-Boost变换器的精确反馈线性化模型。以此模型为基础,设计了统一控制器使输出电压准确跟踪给定值。最后通过仿真研究和实验验证了所研究控制方法具有良好的动态响应、稳态性能和更强的鲁棒性。     

燃料电池系统宽范围输入电压变换器设计

燃料电池输出特性较软使得其系统中单向DC/DC变换器需要较宽的输入电压,从而限制了该变换器的应用。文章利用双管Buck-Boost级联电路可根据输入电压的大小自动切换升/降压工作状态来获得合适的恒定的输出电压的优点,对该级联电路设计了基于平均电流控制的电压、电流双闭环控制环路,从而实现其在宽范围输入电压下得到恒定的输出电压,可为燃料电池系统后级变换器提供稳定的输入电压,并降低其设计和优化的难度,还有效解决传统单管Buck-Boost电路开关管电压应力过高的问题。仿真和小功率样机的实验研究验证了所提采用双闭环控制环路的升降压变换器在宽范围输入电压下均具有良好的性能。     

双沿调制的四开关Buck-Boost变换器

与传统的Buck-Boost变换器相比,四开关Buck-Boost变换器具有输入输出同极性、开关管电压应力低等优点。该文针对四开关Buck-Boost变换器在通信电源分布式系统中的应用,提出三模式双频双沿调制的控制策略。该控制策略将变换器分成Buck单元和Boost单元,此两单元分别采用后沿调制和前沿调制,并且在Buck-Boost工作模式时,开关频率由Buck以及Boost模式的200 kHz降到40 kHz,以提高变换器的效率。实验室制作了一台48 V(33~75 V)输入48 V/6.25 A的样机,对所提出的控制策略进行验证。试验结果表明所得结论正确。     

楼宇直流微网用直流母线功率分级控制的新型多输入直流变换器研究

针对传统多输入变换器存在的输入/输出电压反极性、分布式能源汇集结构复杂等问题,提出一种新型多输入直流Buck-Boost变换器,有效实现楼宇直流微网中的风光混合供电,且将蓄电池直接嵌入变换器中,减小体积和降低成本。该变换器具有电路拓扑简洁、可实现升/降压、输入/输出电压同极性、各种分布式输入源可单独或同时向负载供电、蓄电池能根据负载功率变化吸收或释放功率等优点。以三输入为例分析了变换器的工作模式、推导其输入输出特性、提出基于直流母线功率的分级控制实现能量管理。通过Matlab/Simulink平台的仿真实验验证了该变换器的可行性和控制策略的有效性。     

非隔离双向直流变换器反步滑模控制方法研究

由于直流电网中直流母线电压的变化对储能系统的运行有干扰,且储能系统采用双向直流变换器调控直流母线电压时会产生严重的非线性问题,导致母线电压不稳定。因此提出非隔离双向直流变换器反步滑模控制方法,构建非隔离双向四端口直流变换器拓扑结构。该变换器采用单向和双向两种工作模式,且采用互补PWM控制方法控制双向直流变换器工作流程,并通过反步滑模变换器结构控制器,确保非隔离双向直流变换器在确定性差、非线性和外围影响状况下的稳定运行。实验验证该方法有效实现了非隔离双向直流变换器反步滑模控制,确保直流母线电压保持稳定,且方法具有较高的鲁棒性。     

混合动力城市客车车载DC/DC辅助电源设计

主要讨论了一种采用新型SiC器件及全桥拓扑的混合动力城市客车车载DC/DC辅助电源的总体设计方案。针对城市客车车载电源低压大电流的应用场合,阐述了一种基于倍流整流电路的DC/DC变换器的原理及工作模式,研究了其主电路参数的设计方法,控制策略及其数字化实现。研制了3 kW工业样机,并进行实验。实验结果表明,该DC/DC电源实现了全桥移相控制,满载效率达96%,所有性能参数完全满足混合动力城市客车DC/DC辅助电源的要求。     

交直流混合微电网直流母线电压稳定控制技术

交直流混合微电网的直流母线电压的稳定控制对整个交直流混合微电网系统十分重要。针对交直流混合微电网中直流母线电压控制方式,提出一种实用、高效的交直流混合微电网直流母线电压自主偏差控制方法。在并网模式下,采用具有空闲模式下的直流母线电压下垂稳定控制方法,通过AC/DC变换器实现直流母线电压的稳定控制,避免了AC/DC变换器的频繁充放电操作;离网模式下,直流母线电压的稳定控制由接储能侧的DC/DC变换器控制。为了保证系统离网模式下可靠运行,直流母线侧可以接多路DC/DC储能类蓄电池,通过自主稳定控制既提高了分布式能源的利用率,又提高了空闲模式下电力电子设备的使用寿命。经试验验证,该方法具有很好的控制效果,为交直流混合微电网的发展提供了技术基础支撑。     

不对称故障下低电压穿越的多目标解耦控制策略

在传统不对称故障低电压穿越控制中,囿于控制自由度有限,并网逆变器控制存在输出电流负序分量和直流侧电压二倍频波动抑制两个目标无法同时实现的问题。针对该问题,本文提出了一种不对称故障下两级式光伏并网系统低电压穿越的多目标解耦控制策略。该策略将逆变器的控制目标设置为输出电流负序分量抑制,给出了综合考虑逆变器输出电流限幅和无功输出需求的逆变器电流内环控制参考值计算方法;通过双向Buck-Boost变换器将超级电容接入直流母线电容两端维持其电压稳定,并将直流侧电压二倍频波动转移至超级电容输入侧进行抑制。仿真结果表明,在所提控制策略下逆变器三相间的不平衡度降低,输出电流畸变得到改善,直流侧电压二倍频波动相比传统控制方法明显减小。     

基于精确反馈线性化的直流微电网双向直流变换器反步滑模控制

直流微网中母线电压的变化对负载有很大的影响。储能系统通过双向直流变换器调节直流母线电压的过程中,占空比会大幅度变化,使变换器呈现严重的非线性,导致母线电压不稳定。针对这一问题,将精确反馈线性化与反步滑模控制相结合应用于双向直流变换器中,解决了变换器的非最小相位特性和变结构特性,保证了系统在不确定性和非线性条件下、外界干扰情况下的鲁棒性和稳定性。首先分析了变换器的状态方程,通过坐标变换推导出精确反馈线性化模型,并在此模型上设计了反步滑模控制器。最后利用PSCAD软件进行仿真,验证了所提控制方法的有效性及优越性。