多重化双向DC-DC变换器复合校正双闭环控制策略研究

利用状态空间平均法建立了双向DC-DC变换器的平均状态空间模型.在该模型基础上提出一种新颖的基于变量代换和参数估计的复合校正电流内环、电压外环双闭环控制策略.所采用变量代换的方法实现电流、电压双闭环内部的解耦.电流、电压环调节器均采用串联校正环节加PI调节器来将系统模型整定为标准二阶系统,并得到了控制参数计算公式,分析了电压外环的抗扰特性,为具体的控制参数的选择提供一定依据.对所采用的上述控制策略进行了仿真和实验研究.该控制策略控制简单,易于工程实现,仿真结果表明采用该控制策略为三重化双向DC-DC变换器所设计的调节器参数能满足各项动、稳态性能指标,工况间切换良好,且对负载大范围扰动、输入电压突变及电感值变化均具有良好的鲁棒性.     

基于无源控制的双向并网变换器虚拟惯性控制策略

为了提高直流微网中双向并网变换器的动态性能并改善直流母线电压易受微网内部功率波动的影响,提出一种基于无源控制的虚拟惯性控制策略,即内环为无源控制,可实现对电感电流期望值的良好跟踪,外环为虚拟惯性控制,用于增强直流微网的惯性,提高直流母线电压的稳定性。通过建立小信号模型分析双向并网变换器采用所提控制策略时的性能与稳定性。仿真与实验结果表明,与基于PI控制的传统虚拟惯性控制策略相比,采用所提控制策略时的双向并网变换器受到负载扰动时,电压波动幅值减小5 V左右,具有更加良好的动态性能,同时还可有效提高直流微网的惯性。该策略同样可推广到直流微网中其他类型的变换器控制中。     

双向直流隔离变换器功率回流的分析及消除

双向隔离全桥DC-DC变换器在直流微网等场合被广泛应用,传统单移相和双重移相控制使得变换器中出现功率回流现象。为消除双向变换器的回流功率,提出一种电感电流过零控制策略。建立双向变换器的功率传输模型,分析电感电流过零控制原理和变换器的工作状态,并设计电感电流过零控制系统。基于FPGA搭建硬件实验平台,验证了所提控制策略消除回流功率的有效性。     

基于车载超级电容储能系统在城市轨道交通的应用研究

介绍了超级电容储能系统的结构和双向DC-DC变换器的功能特性,制定了双向DC-DC变换器的电压外环、电流内环的双PI控制策略。列车启动阶段,牵引网电压下降,超级电容输出能量;列车制动阶段,牵引网电压升高,超级电容吸收能量。搭建了1 500 V直流电气化铁路仿真平台并进行了仿真,仿真结果验证了超级电容储能系统吸收再生制动能量,减少地铁电能的损耗,有效地控制了牵引网电压的下降和升高。     

改进单周期控制策略的双向大变比DC-DC开关变换器

大变压比的双向DC-DC变换器广泛地应用于电池的充放电系统、电动汽车、不间断电源、启动/发电系统、光伏发电系统和航空电源系统等场合,其重要性能指标是效率、质量和成本。但是传统非隔离型双向DC-DC变换器在高频下难以取得较大变压比,同时会导致较大的电压电流应力和较大的损耗。为实现非隔离型双向DC-DC变换器的大变比应用,将耦合电感引入非隔离双向DC-DC变换器,实现输入输出电压大变比和效率提升;针对新型双向大变比直流变换器升降压Buck/Boost电路,提出一种改进单周期控制模型,该模型基于所提电路不同工作模式下的有效占空比并结合输出反馈补偿控制,实现有效控制和提高负载的动态响应能力。分析具有耦合电感双向DC-DC开关变换器的工作原理和控制特性,并通过计算机仿真和样机实验验证了所提电路和控制策略具有更高的转换效率、更强的鲁棒性和优良的抗扰动能力。     

微网光伏双模式逆变器双环控制策略研究

逆变器双环控制策略易受到干扰,导致控制效果较差,为此提出了微网光伏双模式逆变器双环控制策略。首先分析微网光伏双模式逆变器运行流程,采用电容电流内环、电压外环的双环控制策略,保证逆变器输出电压稳定性,通过电压外环控制器与电流内环控制器的传递函数获取电容电流内环、电压外环的双环控制逆变器传递函数和闭环传递函数,通过极点配置法设计双环控制器参数,最终获取双环控制系统期望特征,实现微网光伏双模式逆变器的双环控制。实验结果表明,所提方法可有效控制微网光伏双模式逆变器,微网光伏双模式逆变器输出电压误差小。     

基于双重移相控制的双向全桥DC-DC变换器最小回流功率分段优化控制

双向全桥DC-DC变换器以其重量轻、高功率密度、能量双向流动等优点成为直流微电网中不可或缺的一部分。但双向全桥DC-DC变换器在传统的单重移相控制下存在回流功率和电流应力等问题,尤其当输入电压和输出电压不匹配时,回流功率和电流应力会显著增加。针对输入电压和输出电压不匹配的情况,该文提出了一种双向全桥DC-DC变换器在双重移相下的最小回流功率控制策略。该控制策略通过对回流功率进行分段优化,得到了变换器在不同传输功率范围下的最优移相角。通过将所提控制策略和传统的双重移相控制进行对比分析,发现该文所提控制策略具有更小的回流功率和电流应力,提升了变换器的效率。最后基于所提控制策略搭建了实验样机,实验结果验证了控制策略的正确性和有效性。     

基于LCL滤波器的光伏并网逆变器控制策略

在并网逆变器中引入LCL滤波器取代单个电感滤波器.并针对采用LCL滤波器对并网逆变器系统带来的不稳定性,分别对比了以并网电流作为反馈变量和逆变器侧电流作为反馈变量的电流内环控制方法,提出了基于桥臂输出电流闭环与电压外环的双环控制策略.由于以并网电流为反馈变量的控制系统为三阶系统,所提控制系统稳定性和鲁棒性较好.搭建了三...     

基于离散趋近律与无差拍双闭环结构的单相LCL型PWM整流器控制策略

对于单相LCL型PWM整流器,传统双闭环控制以PI控制为电压外环,电流内环常采用以变换器侧电流为受控量的无差拍控制.该方案存在两个问题:①电压外环的积分器会限制系统动态性能;②无法精确实现网侧单位功率因数.为此,该文提出一种以离散趋近律控制为电压外环、以改进无差拍控制为电流内环的双闭环控制策略.对于电压外环,该文推导网侧半波电流峰值与该半波周期内直流侧电压增量之间的数学关系,在此基础上提出一种离散趋近律控制策略.对于电流内环,提出一种以网侧电流和变换器侧电流的加权和为受控量的改进无差拍算法,并给出实现精确单位功率因数所需的电流参考值.该文还讨论网侧电流欠阻尼振荡引起的电流过冲问题,并提出解决方法.仿真和实验结果表明,所提双闭环控制显著改善了系统动态性能,且实现了精确网侧单位功率因数.     

直流电容储能反馈和负载功率前馈的Boost变换器控制策略

从Boost变换器的状态空间平均方程数学模型出发,推导出其功率传递关系。在此基础上提出了一种以电流作为内环、直流侧电容储能作为外环的反馈控制策略,电流内环采用滞环电流控制,电容储能外环采用PI调节器控制,并设计了相应的控制器。为了进一步提高系统的快速性,减小负载扰动对系统的影响,引入负载功率的前馈,并给出了前馈功率的估计算法。实验比较了传统的电压电流双闭环和所提控制策略的动、稳态特性,结果表明,所提出的控制策略能满足系统稳态时的控制要求,并且较传统的电压电流双闭环控制策略具有更好的动态特性。     

基于双环控制的双馈风力发电机组控制策略

在分析了双馈风力发电机组运行特性的基础上,提出一种基于双环控制的变换器控制策略。在转子侧,变换器采用定子磁链定向矢量控制技术,推导出了用转子有功电流和无功电流独立解耦控制有功功率和无功功率的策略,并实现了风能的最大跟踪;在电网侧,变换器采用电网电压定向矢量控制技术,构建了电流内环、电压外环的双闭环PI控制系统。利用PSCAD/EMTDC软件,构建了双馈风力发电机组仿真模型。仿真结果验证了所提控制策略的有效性和合理性     

LCL并网逆变器准比例谐振与网压前馈控制研究

针对传统LCL并网逆变器对交流电流信号跟踪存在静差及抗干扰性较差的问题,提出一种基于准比例谐振和网压前馈的新型并网控制策略。该控制策略由逆变器侧电感电流反馈环、网侧电感电流外环和电网电压前馈环组成。其中网侧电感电流外环采用准比例谐振控制器,同时结合逆变器侧电感电流内环,在抑制LCL滤波器谐振峰的同时,提高了控制系统的精度;电网电压前馈控制的引入,一方面提高了系统的响应速度,另一方面保证了在电网发生畸变时并网逆变器较好的动态性能。最后,仿真结果验证了所提控制策略在无静差跟踪及抗电网电压扰动方面具有显著优势。     

多重化双向DC-DC变换器PI滑模变结构控制策略研究

针对一种基于多重化结构的双向DC-DC变换器拓扑结构提出PI滑模变结构控制策略,实现自动跟踪参考目标电压值、单元电路电感电流间实现均流的目的。给出多重化双向DC-DC变换器的工作原理,得到双向DC-DC变换器变结构模型,对适用于多重化双向DC-DC变换器的双闭环PI滑模变结构控制策略进行了深入分析,运用等效控制理论分析了滑模变结构控制的存在和稳定条件,并利用等效输入的调制方式使变换器在定开关频率下运行。PI滑模变结构控制方案充分发挥了快速响应和鲁棒性强的优点。仿真结果证明理论分析的正确性。     

优化负载变换器输入阻抗的输入电流内环控制方法

为提高级联系统的稳定性,应尽量减小源变换器输出和负载变换器输入阻抗的交集区。一方面,尽量减小源变换器的输出阻抗;另一方面,尽量增大负载变换器的输入阻抗。基于DC-DC变换器的一般性小信号模型,提出以平均输入电流环为内环、输出电压环为外环的双环控制方法,分析在这种控制方式下影响变换器输入阻抗的因素,并给出改变内环电流采样系数前后变换器输入阻抗的量化计算过程。分析表明,当电流内环的截止频率大于电压外环截止频率时,增大电流采样系数,能够提高电流内环环路增益,有效增大负载变换器的输入阻抗。从而在级联系统中,能够有效减小负载变换器的输入阻抗与源变换器输出阻抗的交集,提高级联系统的稳定性。通过仿真和实验验证了所提方法的有效性。     

两级式单相逆变器二次纹波电流的抑制与动态特性的改善

两级式单相逆变器的瞬时输出功率以两倍输出频率脉动,使得前级DC-DC变换器和输入源产生二次纹波电流。前级DC-DC变换器采用电压电流双闭环控制能有效抑制二次纹波电流,但要求电压外环的截止频率很低,这将导致负载跳变时系统动态特性较差。从阻抗的角度出发,分析电感电流内环抑制前级DC-DC变换器和输入源中二次纹波电流的机理;提出在前级DC-DC变换器中引入含有两倍输出电压频率陷波器的负载电流前馈,该方法可在不增大二次纹波电流的情况下,显著改善负载跳变时的动态特性;最后,通过实验结果证明所提出的控制策略的有效性。     

Buck变换器的电压电流双闭环终端滑模控制

针对传统单闭环线性滑模控制Buck变换器中存在的响应速度慢、稳态精确度低等问题,提出一种电容电压/电感电流双闭环终端滑模控制方法。考虑负载电阻未知情况,设计负载估计器,限制负载电流在额定范围内以实现过流保护;基于基尔霍夫定律建立Buck变换器在开关导通和关断两种情况下的统一微分方程模型。针对外环电容电压环和内环电感电流环,分别设计终端滑模控制器和线性滑模控制器以满足其不同的控制性能要求,实现电容和电感非线性器件的瞬态性能控制,并在有限时间内输出期望的直流电压。基于滑模存在条件,推导出保证Buck变换器在开关导通和关断两种情况下的统一稳定条件。与传统单闭环线性滑模控制方法的仿真对比证明所提控制方法的有效性和可行性。     

双管Buck-Boost变换器的带输入电压前馈双闭环控制策略

针对宽范围输入的双管Buck-Boost变换器,在Buck和Boost两模式之间进行切换和输入电压发生波动时,电感电流和输出电压存在较大波动的问题,提出了带输入电压前馈的两模式平均电流控制策略。该策略通过将具有电压电流双闭环结构的平均电流控制与单载波-双调制的调制方法相结合,来提高变换器的动态响应性能,实现变换器两模式的自动近似平滑切换,同时对电感电流进行有效控制,保护设备安全。为了克服传统双闭环前馈函数实现和化简困难的缺点,提出将输入电压前馈引入电流内环从而大幅提高了变换器的输入动态响应性能。最后建立了MATLAB/Simulink仿真模型和硬件试验平台,验证了所提控制方法的有效性。     

基于PI调节器及V2G模块开发的双向能源充放电控制系统设计

传统双向能源充放电控制系统忽略了对电流内环和电压外环的控制,导致传统系统的应用效果不理想。为此,设计基于车联网的V2G模块开发及双向能源充放电控制系统。利用双向DC/DC控制电压升降,保持充放电情况下电流电压的恒定,利用电压电流双闭环的空间电压矢量,控制三相半桥电压型PWM整流器,通过PI调节器控制电流内环和电压外环,利用受控状态下的负载电流双向流动,实现双向DC/DC变换器的控制,最终实现能量的双向流动。试验结果表明：所设计的系统电池组电压、电流在0.1 s内即可趋于稳定,且三相交流侧的输出电压与单相交流侧电压分别在约0.02 s和0.12 s时达到稳定。电压相位与电流相位之间相差180°,电流波形良好,交流侧电流谐波得到有效抑制。     

基于多滑模变结构的双向并网变换器虚拟惯性控制策略

针对直流微电网惯性低、母线电压抗干扰能力差的问题,以双向并网变换器为控制对象,提出一种基于多滑模变结构的虚拟惯性控制策略。内环采用基于指数趋近律的滑模电流控制,快速跟踪并网电流给定值,提高系统的响应速度。外环建立虚拟惯性控制方程与电压滑模面结构,增强直流微电网的惯性,平抑直流母线电压波动。通过小信号扰动法和Nyquist判据证明了双向并网变换器在所提控制策略下的稳定性。最后,搭建了相应的仿真模型和StarSim HIL硬件在环实验平台。仿真及实验结果表明,与基于PI控制和无源控制的虚拟惯性控制策略相比,文章所提控制策略具有更好的动态、静态特性,提高了直流母线电压的稳定性。     

微网中基于T型三电平逆变器新型双环控制策略

针对传统的双PI控制存在电流谐波高、系统稳定性差以及响应速度慢的不足,提出一种基于Lyapu?nov函数的T型并网逆变器的控制策略.在分析T型逆变器数学模型的基础上,设计了电压-电流双闭环控制回路.从稳定性角度出发,结合系统的电流内环为控制基础提出了基于Lyapunov函数的非线性优化策略,从而实现对系统的谐波电流准确跟踪的目的.而电压外环仍可采用传统的PI控制方式,以有效跟踪直流电容电压,达到抑制中性点电压偏移的目的;同时,将电压外环的输出量作为电流内环的输入,可极大提高系统的抗扰性能.最后,利用仿真和硬件实验的结果来验证所提控制策略的合理性.