串联谐振变换器的最优轨迹控制

介绍了串联谐振变换器的最优轨迹控制法。首先分析了串联谐振变换器的4种工作模式,然后以谐振电感电流和谐振电容电压为状态变量,基于状态平面分析法推导了系统的最优轨迹控制法则。控制目的是使这两个状态变量跟踪他们期望的稳态轨迹,从而减少暂态振荡并在极短时间内达到稳态。实验结果表明,最优轨迹控制系统的暂态性能非常好。     

LLC谐振变换器PO模式增益公式与模式边界条件分析

电压增益-频率特性的求解是LLC谐振变换器设计的关键。变换器中整流电路存在的非线性使变换器具有多种工作模式,而电压增益-频率特性与工作模式密切相关。PO模式是一种有利于减少变换器开关损耗的断续工作模式,但在该模式下,变换器的增益频率特性计算烦琐,难以求解。文中基于子区间分析法,分析了PO模式下LLC谐振变换器的工作特性,推导了简洁易算且精度较高的电压增益计算公式;依据变换器整流电路的非线性特征,给出了解析且简洁的断续工作模式功率边界条件及PO工作模式功率边界条件的表达式。搭建了LLC谐振变换器的仿真模型和实验样机,仿真和实验结果证实了所提出的电压增益公式及工作模式边界条件的正确性。     

高频LCC谐振变换器的分析与轨迹控制

LCC串并联谐振变换器兼有串联和并联谐振变换器各自的优点,但由于LCC谐振电路有3个谐振元件,变换器在工作中会出现出多谐振的过程,使其分析与控制繁琐。为研究电流连续模式下LCC串并联谐振变换器特性,阐述变换器的工作原理,绘出其状态轨迹图,推导轨迹方程,并提出一种简单、有效的轨迹控制方法。实验结果表明,所提状态轨迹的分析与设计方法是有效的,而且轨迹控制能使系统能在很短的时间内达到稳态。     

自持移相LCC谐振变换器稳态分析及参数设计

采用单电容滤波器的自持移相LCC谐振变换器能够在全负载范围内实现软开关,但非线性特性显著,增加了分析与设计难度。基于改进基波近似法将高频变压器、副边整流器及输出滤波电容作为一个整体等效为一个复数阻抗的形式,建立了自持移相LCC谐振变换器的等效电路模型。分析了电压增益、谐振电流峰值、软开关区域等稳态特性。指出了输入阻抗角、副边整流关断角和谐振电容比等关键电路参数对变换器稳态特性的影响以及设计原则,并提出一种限定输入阻抗角的参数设计方法。实验结果验证了理论分析及参数设计的正确性。     

高压变压器寄生电容对串联谐振变换器特性的影响

高压串联谐振变换器广泛应用于电容器充电、静电除尘等系统中。然而,高压变压器寄生电容的存在,使得客观上并不存在理想的高压串联谐振变换器。定量分析了高压高频变压器的寄生电容对工作于断续谐振电流模式(discontinuous current mode,DCM)的串联谐振变换器特性的影响,这些特性包括临界断续谐振频率、归一化输出电流和软开关。当考虑高压变压器寄生电容后,串联谐振变换器实际上已经演变为LCC串并联谐振变换器。通过对DCMLCC谐振变换器在不同工作阶段的数学分析、推导和归一化处理,得到了具有封闭形式的电路特性的表达式。通过分析发现,随着等效电压增益的增加,DCM LCC谐振变换器的正向和反向谐振过程均由两元件谐振向三元件谐振过程转变,临界断续频率升高。以图形曲线的方式给出了量化的分析结果。通过比较两类典型的控制方法可知,第二类典型控制方法具有更高的电流输出能力和能量传输效率,是一种优化的控制方法。所得分析结果可为工作于断续谐振电流模式的高压串联谐振变换器的设计提供参考,特别对电容充电和静电除尘电源具有工程应用价值。     

基于广义状态空间平均的LLC谐振变换器建模及稳定性分析

LLC谐振变换器在航空航天领域中广泛应用,但LLC谐振变换器固有的非线性特性及输出“小纹波”易造成系统失稳。为准确分析LLC谐振变换器非线性特性及输出“小纹波”问题,引入广义状态空间平均(generalized state space averaging, GSSA)理论对LLC谐振变换器进行建模,将时域非线性状态空间模型转化为GSSA模型。并推导基于GSSA理论的闭环系统小信号模型。通过特征值分析法及Nyquist曲线对元件参数、控制参数及参数耦合对系统稳定性影响进行分析,再利用仿真对模型及理论分析进行验证。仿真结果表明,建立的广义状态空间平均模型可以考虑到系统中“小纹波”因素,具有更高的精度。稳定性理论分析结果与稳定性分析仿真验证结果一致。     

基于串联谐振网络的三端口DC/DC变换器解耦方法

针对有源桥式隔离型三端口变换器(triple active bridge,TAB)存在的端口功率耦合和控制模型非线性问题,提出一种基于串联谐振网络的隔离型三端口变换器解耦方法。首先根据拓扑T/Δ等效变换和谐振工作原理对变换器的功率传输模型进行推导,分析了解耦网络对控制系统非线性特性的抑制作用,为系统控制环路设计和谐振参数的选取提供了依据。其次对单周期内变换器的工作模态和软开关特性进行了分析,给出功率传输电感参与谐振的实际工作过程。此外,对所研究拓扑和未解耦拓扑分别进行仿真,结果表明,该方法能够有效消除变换器功率控制环路的相互耦合,使拓扑等效为2个独立的DC/DC变换器,分别控制运行,提高系统的动态响应速度和稳定性。最后,通过试验样机在不同工况下进行实验验证,结果证明了原理分析的正确性和谐振解耦方法的有效性。     

蓄电池充电电流控制的LLC谐振变换器研究

LLC谐振变换器电压控制模式通常采用误差放大器输出电压来直接控制开关频率,该控制方法使LLC谐振变换器的增益与频率之间的关系较为复杂,导致补偿网络设计相对较难,动态响应速度较慢,且大多数控制方案都未考虑集成变压器次级漏感带来的虚拟增益对谐振变换器参数设计的影响。针对以上问题,研究了基于充电电流控制的LLC谐振变换器,分析了变压器次级漏感,推导出电压增益表达式。与传统电压模式控制LLC谐振变换器相比,充电电流控制LLC谐振变换器保持了软开关特性,输入瞬态响应速度和负载动态响应速度均有较大提升,无需压控振荡器,在简化反馈回路设计的同时实现了固有前路反馈。文中详细分析了充电电流控制LLC谐振变换器的工作原理和集成变压器次级漏感的考虑事项,最后通过仿真和实验验证了理论的正确性。     

基于简化状态轨迹的半桥LCC谐振变换器无噪声Burst模式控制策略

半桥LCC谐振变换器在轻载工作模式下,其高开关频率和谐振腔中较大的无功电流会显著降低变换器的工作效率.Burst模式是一种可有效提高变换器轻载效率的方法.但传统Burst模式会造成谐振腔电压电流剧烈振荡进而增加损耗,甚至引发变压器饱和.该文推导半桥LCC变换器不同模态的简化状态子轨迹.在此基础上,提出半桥LCC变换器的Burst模式简化状态轨迹控制策略.该策略通过控制半桥开关管的开关时间,保证半桥LCC变换器谐振腔无振荡,使变换器稳定可靠地工作在高效率状态.此外,针对极轻载条件下Burst模式的噪声污染问题,该文基于半桥LCC变换器Burst模式的简化状态轨迹,进行能量求解和改进控制,保证半桥LCC变换器Burst模式工作频率在人耳敏感的频带以外,抑制噪声的产生.最后,搭建实验装置对所提出的半桥LCC变换器Burst模式进行实验验证.实验结果证明,上述方法显著提高了半桥LCC变换器的轻载工作效率,消除了谐振腔的剧烈振荡和噪声污染.     

电流模式控制Buck变换器分叉序列的研究

混沌是非线性系统中的普遍现象.DC-DC开关功率变换器是一类在现实中大量应用的强非线性系统.其中必然也存在着各种混沌与分叉现象.为了揭示DC-DC开关功率变换器运行状态失稳过程中的规律,本文研究了电流模式控制的Buck变换器分叉序列.首先,对基于电流模式控制的Buck变换器的状态方程,利用龙格-库塔(Runge-Kutta)算法进行仿真,取每个时钟脉冲时刻的电路状态变量构成庞加莱截面.画出在参考电流变化方向上的分叉图;然后,利用离散映射迭代法推导出电流模式控制的Buck变换器分叉序列中各分叉点的值;最后,通过理论推导出的值与仿真结果对比,发现二者比较吻合.     

直驱风电场经交流并网系统dq阻抗模型及稳定性分析

为研究直驱式风电场经交流并网系统中,由变流器控制器与电网互相作用而引发新的次同步振荡问题,综合考虑变流器内部控制动态特性、交流动态响应和功率传输特性,推导了直驱风电机组经交流并网系统dq等效阻抗模型。结合系统阻抗行列式稳定判据,分析了直驱风电机组网侧变流器内部控制参数变化对次同步振荡的影响。研究表明,随着网侧变流器中内、外环的PI控制参数（Kp、Ki）的减小,发生振荡失稳的风险增加,系统稳定性下降。最后,通过PSCAD/EMTDC环境下时域仿真验证了模型与理论分析的正确性。     

交直流配电网小信号模型和直流侧低频振荡分析

交直流配电网发展迅猛、应用广泛,其稳定性是行业关注的焦点。文中针对某交直流配电网工程调试阶段出现的直流侧低频振荡现象,开展稳定性分析。文中首先在小信号建模基础上,采用特征值分析方法,分析电网强度、功率水平、控制参数3种因素对低频振荡的影响。随后,文中提出改变控制器参数和增加附加控制器的振荡抑制措施。理论和仿真分析表明:弱电网会影响电压源型变换器(VSC)的稳定性;375 V直流侧功率增大至超过额定功率时会发生低频振荡;Buck变换器电流内环比例积分(PI)控制器积分系数不影响系统的稳定性,但影响振荡发生后的振荡频率,电压外环PI控制器比例系数过小或积分系数过大会造成系统不稳定;改变Buck变换器电压外环PI控制器参数和增加附加控制器可有效抑制低频振荡。文中针对实际交直流配电网振荡影响因素的理论及仿真分析,对其他交直流配电网工程调试及运行分析具有借鉴意义。     

基于RSC反馈线性化的含SVG双馈风机系统次同步振荡抑制

针对含静止无功发生器(SVG)的双馈风机(DFIG)系统中的次同步振荡,提出了一种针对转子侧变流器(RSC)的反馈线性化控制方法,并分析验证了其在小/大扰动下的振荡抑制效果。首先,建立了含SVG的双馈系统22阶时域模型;其次,结合反馈线性化原理,针对RSC内环控制设计了相应的控制方法。再次,对比了小扰动下,不同参数变化时,PI控制与反馈线性化控制对系统稳定性的影响。最后,考虑限幅环节作用,分析了大扰动下,系统RSC内环采用PI控制和反馈线性化控制时的稳定性。结果表明,反馈线性化控制能有效增大平衡点的吸引域,提升系统稳定性。     

含恒功率负荷直流微电网的状态反馈电压振荡控制技术

扰动发生后新能源发电和恒功率负荷侧换流器在现有功率控制模式下所表现出的负阻抗特性,会大幅增加直流电压振荡失稳的风险.为此,首先针对直流电压振荡失稳的问题,推导含恒功率负荷两端直流微电网的小扰动线性化状态方程.其次,结合各状态变量的参与因子,选取振荡电流、电压作为可调节控制参数,将其分别引入储能换流器与恒功率负荷换流器的占空比反馈环节中,提出基于状态反馈的多端直流电压振荡控制方法.然后,利用根轨迹、Bode图分析附加状态反馈电压振荡控制技术后的直流微电网稳定裕度的变化规律,为控制参数设计提供依据.最后,搭建时域仿真系统,验证了所提出的控制方法可有效抑制直流微电网的电压振荡,显著提高系统的动态稳定性.     

储能变流器低频振荡机理研究及其抑制

世界范围内发生了多起与新能源并网相关的低频振荡现象,储能技术被认为是抑制振荡的有效方案,但大功率储能变流器控制系统结构与参数对低频振荡现象的影响与抑制的研究还较欠缺.针对该问题,首先介绍大规模储能系统的常见结构,以双级型储能变流器中的网侧变流器作为研究对象,建立了储能变流器dq轴小信号模型,得到其主导导纳元素,并分析了...     

基于转子侧附加阻尼控制的双馈风机并网次/超同步振荡抑制方法

针对风电经串补输电线路并网发生的多起次/超同步振荡现象,首先推导了基于有功无功解耦控制的双馈风机阻抗模型。其次分析了电网参数、双馈风机控制参数以及电机参数对风电并网系统稳定性的影响。然后针对串联补偿输电线路参数以及风机控制参数引发的次/超同步振荡现象,提出了双馈风机转子侧控制环节附加阻尼控制器的抑制方法。并对比分析阻尼器放置于功率外环以及电流内环对系统稳定性的影响,得出阻尼器放置于电流内环对次/超同步振荡抑制效果更好的结论。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建双馈风机并网模型,通过时域仿真验证了阻抗模型分析风机并网次/超同步振荡的正确性以及所提方法对次/超同步振荡抑制的有效性。     

基于虚拟惯量的DC换流器并联直流配电网控制策略

直流配电系统中电源或者负荷大多通过DC变换器接入系统,其负阻尼特性会导致系统振荡甚至诱发失稳,直流配电系统的稳定性面临着越来越多的挑战。基于动态导纳建模方法,建立了含多台DC换流器的直流配电系统小扰动稳定模型。基于奈奎斯特稳定判据,分析了并联DC台数、直流配电线路等因素对稳定性的影响。提出了基于虚拟惯量的DC换流器分散控制策略,在不改变平衡运行点的基础上,有效提高了多DC换流器并联的稳定性。最后通过时域仿真验证了所提策略的有效性和正确性。     

基于三端等效电路模型的FB-ZVZCS变换器控制环路设计方法

为保证平均电流型控制方式下输出宽范围可调电源的全局稳定性,采用新型的三端等效电路模型对系统进行小信号建模,避免了传统平均模型不能预测次谐波振荡的问题。基于该模型给出了比例积分型电流补偿器的设计方法,获得良好的电流控制特性;分析了稳态工作点对系统控制环路设计的影响,给出了适合宽变工作点条件下电压外环的设计方法,在保证全局稳定性的同时,系统能获得更宽的控制带宽;利用该方法对一台最大电流4A、输出电压50~600 V连续可调的FB-ZVZCS变换器进行控制环路设计。实验结果表明,变换器在各稳态工作点具有良好的稳定性和动态特性,验证了设计方法的正确性。     

Analysis of a Passive Power Converter as a Nonlinear Feedback System

An orthogonal-flux passive power converter operating under conditions of sinusoidal excitation is analyzed, using a non-linear feedback approach based on the principle of harmonic balance. The stability of possible states of oscillation is discussed via a frequency domain approach. Analytical bounds on system parameters and an expression for the secondary flux oscillation amplitude are derived.     

定电压与预测型定关断角控制对HVDC小干扰稳定性的影响

定电压控制和预测型定关断角控制是高压直流（HVDC）逆变站常规的控制方法,合理整定控制器参数可提高交直流系统的小干扰稳定性。文中首先基于开关函数法建立了基于电网换相换流器的高压直流（LCC-HVDC）系统的小干扰动态模型,将其动态响应与电磁暂态模型的动态响应进行对比,验证了小干扰动态模型的正确性。接着,采用特征值及其灵敏度方法分析了LCC-HVDC系统的振荡模式和阻尼特性,对比分析了逆变侧采用定电压控制和预测型定关断角控制时,换流站控制器参数以及交流系统短路比对系统稳定性影响的异同。最后,整定了能维持系统稳定运行的控制器参数稳定域,并通过PSCAD/EMTDC仿真验证了稳定域的正确性。