双向DC-DC变换器电路拓扑的分析与评价

归纳了双向DC-DC变换器的应用场合，说明在飞机高压直流电源系统中，双向DC-DC变换器除了充/放电器和应急电源的作用，还有HVDC母线电压过冲吸收和起动/发电系统变换器两个重要作用。以开关电源基本拓扑为主线，对双向DC-DC变换器作了分类。从双向DC-DC变换器的工作原理出发，除了已有文献提到的双向DC-DC变换器拓扑之外，推挽正激和正反激电路都是适用于隔离型Buck/Boost 双向DC-DC变换器和隔离型Buck/Buck 双向DC-DC变换器的拓扑；Sepic/Zeta也可用于双向变换。通过分析两种常用结构Buck/Boost和Buck/Buck的工作原理，说明了研究双向DC-DC变换器要研究的几个关键问题：⑴合理控制和设计实现软开关；⑵综合考虑输入输出滤波器，使滤波器和功率级阻抗匹配；⑶开关调节系统的校正和综合问题；⑷对隔离型Buck/Boost BDC，要研究自启动问题和电流型侧开关管尖峰问题；⑸对隔离型Buck/Buck双向DC-DC变换器，要研究移相控制方案下的主变压器绕制工艺问题。     

DC-DC变换器拓扑族归一化分析方法

随着风光储氢等新能源发电与电力电子技术的飞速发展，高变比、宽范围的DC-DC变换器被广泛应用，对电力电子教学中相对应部分带来很高挑战。面对种类繁多的DC-DC变换器，该文以桥式开关单元作为基本“细胞单元”，采用“细胞单元–基础拓扑结构–演化规律”的思路，利用细胞单元搭建输入与输出电压转换的桥梁，提出一种DC-DC变换器拓扑族归一化分析方法。首先提出Buck和Boost2种桥式开关单元，并对6种非隔离型DC-DC变换器拓扑提出基于细胞单元的统一画法。提出用Buck和Boost两种单元变换去阐述其他变换器拓扑、换流方式以及电压增益的思维范式，此外2种开关单元并联可组成桥式双向单元，进而扩展为双向、交错并联、升/降压DC-DC变换器。对于隔离型DC-DC变换器，从变压器绕组与器件串联桥路的理念出发，提出4种基本开关单元，分别为绕组与(单/双)开关管/二极管串联桥路。据此给出反激、正激的构建过程，进而扩展到推挽、单有源桥式、双有源桥式及N相交错并联式DC-DC变换器。这些变换器升降压增益范围宽，串并联组合灵活，对于多类型DC-DC场合具有重要的应用价值，同时也搭建起工程应用和书本理论知识的回溯...     

新型电动汽车双向隔离型DC-DC变换器控制策略

双向隔离型DC-DC变换器在超级电容储能供电的电动汽车上应用广泛,为了实现变换器中所有开关管零电压开关(ZVS)过程,提高双向隔离型变换器效率,提出了一种新型双向有源桥式变换器控制策略。在桥式变换器中增加并联谐振电感,利用占空比补偿的方法对驱动信号进行补偿,对谐振腔的电流值进行设计求解,选取合适的谐振电感值,对谐振过程中桥式结构一次侧和二次侧电压的相位差进行控制,通过脉宽调制(PWM)处理器综合调制后控制双向隔离型变换器。保证了能量双向流动的同时,实现了双向隔离型DC-DC变换器中所有开关管ZVS过程。试验测试表明,所提出的新型控制策略能够有效提高双向隔离型DC-DC变换器的效率。     

一种变压器反极性连接的双向DC-DC变换器

本文对一种隔离变压器反极性连接时的双向DC-DC变换器进行了研究。隔离变压器副边绕组极性的不同选择可使变换器分为正向连接型和反向连接型两种。本文介绍了反向连接时变换器的工作原理和特点。研究了传递的功率与占空比、移相角以及两边电源电压的关系。比较了两种不同的连接方式对变换器开关器件电流电压应力的影响。在保持50%占空比不变、采用移相调节功率时,两种拓扑结构具有相同的性能。实验结果验证了这种反向极性连接的变换器也可以正常地工作于占空比调节方式下。     

基于开关电感的有源网络升压变换器的研究

在光伏并网微逆变器等需要高电压增益的场合,传统的Boost变换器由于电压增益较小,已经无法满足电压变换的需要。而隔离式DC-DC变换器由于引入了高频变压器,在系统体积和变换效率上都较非隔离DC-DC变换器存在不足,因此非隔离型高增益DC-DC变换器成为了人们研究的热点。然而传统的隔离型高增益变换器存在着变换器体积大,功率器件电压应力高,电压增益仍然有限等缺点。本文提出了一种基于开关电感的有源网络升压变换器拓扑,该拓扑具有较高的电压增益,较低的功率器件的电压应力,并设计制作了一台200W原理样机,实验结果证实了理论分析的正确性。     

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。     

双向DC-DC变换器拓扑结构综述

基于国内外对双向DC-DC变换器的研究成果,简述了各种拓扑结构的基本组成,系统地分析了它们的工作原理,总结了优缺点和异同点,进而对双向DC-DC变换器拓扑结构的分类方法重新进行了界定,为展开奠定了根基。然后指出了现有拓扑结构适用场合和存在的问题,并在此基础上为研究新型拓扑结构提出了建议,同时也为工程应用提供参考。     

一种组合式宽输入高效率DC-DC变换器

针对车载DC-DC变换器输入电压变化范围大的问题,提出一种组合式宽输入高效率DC-DC变换器。该变换器包括飞跨电容(FC)型三电平Buck电路和LLC谐振电路两部分,FC三电平Buck电路输出端口与LLC谐振电路输入端口串联,通过控制FC三电平Buck电路占空比实现输出电压调节以适应宽输入电压范围,同时三电平结构降低了开关管电压应力、减小了损耗;LLC谐振电路传输负载所需全部功率,采用定频开环控制以获得高效率和稳定增益,同时实现了电气隔离。详细分析了组合式变换器的拓扑结构、直流增益以及工作效率,并与相同电路构成的级联式变换器进行了效率特性对比,根据组合式变换器的拓扑结构和工作特性,提出一种解耦控制策略,实现输出电压稳定和飞跨电容电压平衡,最后搭建了一个200～400 V输入、12 V/20 A输出的实验电路进行验证,实验结果表明所提组合式变换器的正确性和可行性。     

高效高功率密度车载双向电能变换器设计

研究设计了一种用于电动汽车电池充放电的车载双向电能变换器.充电状态下,前级采用PWM整流技术,后级采用移相全桥零电压开关电路,实现电气隔离高效的降压变换.放电状态下,双向DC-DC变换器实现升压变换,双向AC-DC作为单相全桥逆变器采用电压前馈、电压电流双闭环控制策略.本系统采用全控型器件GaN控制电流电压通断,能够使...     

电源内阻对双向DC-DC变换器性能的影响

为解决电源内阻对双向DC-DC变换器性能的影响问题,研究一种考虑电源内阻的双向DC-DC变换器的基础拓扑,建立其状态空间平均模型,并利用小信号分析法得到系统传递函数。通过伯德图分析电源内阻对双向DC-DC变换器控制器性能的影响,提出一种考虑电源内阻的双向DC-DC变换器控制器参数设计方法。以升压模式为例,在PSCAD/EMTDC中验证了电源内阻对双向DC-DC变换器输出电压波动性和暂态稳定性的影响。结果表明,电源内阻会对双向DC-DC变换器的控制性能产生影响,控制参数的设计必须考虑电源内阻。     

一族非隔离双向直流变换器

提出一族基于反向耦合电感的非隔离双向直流变换器(bi-directional DC converter,BDC),通过引入反向耦合电感,利用电感感应电势阻断不工作MOSFET的体二极管,消除了传统双向变换器中开关管寄生体二极管的反向恢复问题;通过反向耦合电感与滤波电感等效电路的分析,将反向耦合电感与滤波电感用一个同向耦合电感代替,提出一族基于PCI的非隔离双向直流变换器。所提出的变换器控制与传统单向变换器相同,不需要专门的软启动电路,兼顾了较高变换效率、控制简单和高可靠性。给出拓扑推演过程,详细分析拓扑工作原理,并通过实验验证理论分析的正确性。     

应用于海上风电接入的VSC-HVDC系统主网侧交流故障穿越的新型直流耗能装置拓扑

直流耗能装置用于海上风电系统主网侧交流故障时吸收风场注入的盈余功率。该文将现有直流耗能装置拓扑归纳为集中式和分布式电阻技术路线,并总结其电路结构、工作机理和控制策略。在此基础上,提出一种混合式耗能装置拓扑,它将2种现存的主流拓扑结合,兼具二者优点却避免了各自的缺点。新拓扑具有功率控制精度高、系统扰动小、子模块内部集成电阻功率低和开关器件损耗小等优点。其具有良好的EMI特性,并且子模块内分布式电阻的功耗降低了75%。最后,通过PSCAD/EMTDC仿真对比和RT-LAB实验证明了上述内容的正确性,同时也验证了所提控制策略的有效性。     

光伏微型逆变器拓扑结构研究与分析

与集中式和组串式光伏并网逆变器不同,微型逆变器通常连接单块光伏组件。由于光伏组件具有最大功率点跟踪控制、灵活的拓展性和更高的可靠性,近几年微型逆变器发展迅速,但也存在着稳定性、转换效率、功率密度、使用寿命和成本上的挑战。阐述了微型逆变器设计中的要求与挑战,根据能量变换级数和母线类型的不同,将现有微型逆变器电路拓扑结构分成4类,详细介绍了各类拓扑结构的优缺点。综合考虑不同拓扑结构下微型逆变器的电路复杂程度、控制的难易度、能量转换效率的大小、成本高低以及寿命长短等指标,给出了微型逆变器未来的发展方向。     

IGBT技术进展及其在柔性直流输电中的应用

近十年来,高电压、大功率绝缘栅双极型晶体管(IGBT)技术逐渐成熟,并在直流输电系统中得到广泛应用。文中首先介绍了IGBT的发展和改进,总结了IGBT发展的重要阶段。其次,介绍了基于IGBT的柔性直流输电换流阀的典型拓扑,并说明IGBT在拓扑内的应用参数及特点。最后给出了IGBT为适应柔性直流输电技术在性能、封装形式及材料等方面的发展趋势。     

GaN基电力电子器件关键技术的进展

氮化镓GaN(gallium nitride)材料非常适合应用于高频、高功率、高压的电子电力器件当中。目前,GaN功率电子器件技术方案主要分为Si衬底上横向结构器件和Ga N自支撑衬底上垂直结构器件2种。其中,横向结构器件由于制造成本低且有良好的互补金属-氧化物-半导体CMOS(complementary metal-oxide-semiconductor)工艺兼容性已逐步实现产业化,但是存在材料缺陷多、常关型难实现、高耐压困难以及电流崩塌效应等问题;垂直结构器件能够在不增大芯片尺寸的条件下实现高击穿电压,具有非常广阔的市场前景,也面临着材料生长、器件结构设计和可靠性等方面的挑战。基于此,主要针对这两种器件综述介绍并进行了展望。     

XLPE电力电缆中局部放电检测及定位技术的研究现状

综述了XLPE电力电缆局部放电检测技术的研究现状,重点介绍了用于电缆的各种局部放电检测技术和定位方法。根据检测原理及选用传感器的不同,目前电缆局部放电的检测方法大致有声发射法、电容耦合法、电感耦合法、超高频法和方向耦合法等。对于电缆而言,局部放电源定位具有重要的实际意义,笔者在讨论电缆信号传输模型的基础上,给出了目前主要的定位方法,包括时域反射法及多种改进技术。根据各种方法优缺点的综合比较,对各种方法的适用性分别进行了论述,同时结合电缆局部放电检测的实际需求,对未来的研究方向进行了展望。     

中高压电力电子变压器拓扑与控制应用综述

电力电子变压器(PET)作为一种新型的电能路由设备,在智能电网与能源互联网领域有着极大的应用价值。本文针对中高压的应用背景,对典型的PET拓扑及相关的控制策略进行了分析,总结了各类拓扑在系统效率、可靠型以及控制复杂度等应用方面的特点,其中带有多模块级联高压侧变换器的三级式PET拓扑电平数易于扩展,且控制上较为简单,但在系统体积与效率方面仍有优化的空间。本文还对于隔离级中两种不同类型的变换器进行了具体控制方法上的归纳与对比,对两种不同变换器在中高压应用场合的适应性进行了分析。     

电力潮流灵活控制技术应用综述

统一潮流控制器(unified power flow controller, UPFC)、静止同步串联补偿器(static synchronous series compensator, SSSC)、可控串联补偿装置(thyristor controlled series compensation, TCSC)和移相器(phase-shifting trans former, PST)能够调节线路参数、灵活控制潮流变化,均已在国内外电网中实现工程应用,对均衡输电通道潮流、提升供电能力有重要作用。文中对UPFC、SSSC、TCSC和PST的理论研究和工程实践进行了综述。首先,分析了4种潮流控制装置的基本结构和控制原理,并介绍了国内外已投运工程的运行情况;其次,从结构、换流器技术、选址定容、控制策略、故障保护5个方面对潮流控制装置的关键技术研究现状进行概述;最后,展望了潮流控制装置在未来电网中的典型应用场景,并对潮流控制技术的研究方向进行了分析。     

多电平功率变换器主电路拓扑结构综述

主电路拓扑结构是多电平功率变换器研究的关键内容之一。中高压功率变换器高电压、大容量的特点,客观上决定了其主电路由较多的主开关器件组成,主电路构成元件的增加决定了其拓扑结构的丰富多样。本文对近年来多电平变换器的主电路拓扑结构的发展进行了较为详细的综述研究,对其发展趋势进行展望,认为除了采用传统的依靠灵感和经验来发展新拓扑外,更重要的是寻找一种严密、科学、系统的拓扑发展方法,从而找到多电平功率变换器的拓扑结构的完善集,并根据实际应用研究具体拓扑的最优化方案,以实现高性能、高可靠、低成本的功率变换系统。     

浅谈新型静止无功发生器

文章介绍了无功补偿装置的发展,通过比较得出了静止无功发生器(static var genera-tor,SVG)的优越性,阐述了SVG的各种拓扑结构及工作原理,分析了SVG的调压机理和功率因数调节机理,同时也介绍了SVG的控制方法。