基于隔离型双有源桥DC-DC变换器的三变量快速暂态电流控制

基于双有源桥式DAB（dual active bridge）DC-DC变换器提出了一种快速暂态电流控制策略,该控制策略具有3个控制变量。当负载或传输功率指令发生突变时,暂态快速电流控制策略能改善变换器的动态特性,在一个开关周期内使电感电流快速达到新的稳态,并能有效减小暂态过程中电感电流的直流偏置,防止变压器磁饱和。另外,使用叠加定理分析了DAB的稳态和暂态特性,根据分析结果,所提快速暂态电流快速控制策略能在1个开关周期内让变换器从一个稳态到另一稳态。最后,搭建功率等级为300 W的实验平台,通过实验验证了理论分析的正确性。     

一种基于损耗模型的双有源桥DC-DC变换器效率优化方法

对双有源桥DC-DC变换器(DAB)系统中的各部分损耗进行建模,并依据此模型,以提升效率为目标,对DAB系统进行优化设计。首先,介绍单移相调制策略下的DAB工作原理,并推导漏电感电流有效值的解析表达式。为突出DAB的电流波形特征,引入电压转换比的概念,这一概念与变压器匝比相关。然后,介绍损耗建模方法。DAB系统的损耗主要分为两部分,一部分源于半导体器件;另一部分源于高频隔离变压器及电感。两者的损耗数值不仅由本身的材料特性决定,同时与运行工况紧密相关,如传输功率、电压、电流等。将单移相调制下的DAB电流、电压波形特征,与器件和变压器的本身特性结合考虑,解析建立DAB的稳态损耗模型。并在此基础上,通过数值计算的方法,对电压转换比进行优化设计,同时优化移相比的选择,增强软硬件的适配性,提升DAB的整体效率。最后,通过实验对所建损耗模型及优化方法进行了验证。     

多有源桥型PET开关死区的电磁暂态等效建模方法EI北大核心CSCD

电力电子变压器(power electronic transformer,PET)可实现多电压等级和电能形态变换,将在柔性直流配电网中发挥重要作用。随着电力电子器件开关频率的不断提高,死区的影响已不容忽略。目前,针对死区的分析均基于仿真效率极低的详细模型,而采用平均值建模思想的加速模型虽然可以考虑死区的整体影响,但无法准确反映PET内部暂态特性。为在反映开关死区精度的同时提高效率,需要在PET的电磁暂态等效模型中集成开关死区的功能。基于此,该文以多有源桥型PET拓扑为例,首先基于其等效电路的生成过程和开关死区的控制策略,将死区分为单侧死区和双侧死区,并分别进行等效建模。随后针对不同的死区设置和控制参数,建立不同模式的多有源桥型PET的死区电磁暂态等效模型。最后,在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建电磁暂态详细和等效模型,对比结果表明,考虑死区的PET等效模型可以提高整体仿真精度,并且具有较高的加速比,因此可以更好地满足工程测试和仿真需求。     

双有源桥直流变换器相平面分析与优化

双有源桥DAB(dual active bridge)直流变换器的优化研究广泛,调制方法众多,然而,DAB的优化过程有2个困难:第1个是受制于传输功率的等式约束条件,使得可行域存在非凸的可能性,常规的凸优化方法可能会失效;第2个是常用的优化目标表达式过于复杂,所求得的控制坐标难以获得解析表达式.为了解决这些问题,采用了...     

电流型双有源桥式双向DC-DC变换器的建模与解耦控制

对于电流型双有源桥式双向DC-DC变换器,分析了其工作原理与稳态特性。通过列出变换器半周期内的状态方程,对变换器进行小信号建模并推导出系统传递函数。由于系统在进行闭环控制时移相角与占空比之间的相互耦合会降低系统动态性能,因此需要采用解耦控制来解除二者之间的相互耦合,进而提出了一种稳态解耦控制策略。一方面通过建立相对增益矩阵来分析控制量与被控制量间的匹配关系来设计控制器,另一方面基于系统稳态过程增益矩阵得到系统稳态解耦矩阵,2个回路的相互影响通过加入系统稳态解耦矩阵而大大降低。最后通过仿真与实验对所提控制策略的有效性和合理性进行了验证。     

含双有源桥式DC-DC变换器的多端直流系统稳定性分析

通过柔性直流技术将多个交直流系统互联形成多端直流系统,是未来电网的重要形态之一。不同电压等级的直流系统可以通过双有源桥式DC-DC变换器接入直流母线。文章建立了含双有源桥式DC-DC变换器的多端直流系统的戴维南等效电路及其状态空间小信号模型,提出了适用于多端直流系统的阻抗匹配稳定性分析方法;分析研究了静态工作点、传输线长度、直流电容大小等参数变化对系统稳定性的影响,进一步利用奈奎斯特稳定判据确定系统的稳定边界;并搭建了多端直流系统的仿真模型,通过仿真分析对所提出的稳定性分析方法和结论相应进行了验证。     

基于动态相量法的三相双有源桥直流变换器闭环系统建模与稳定性分析

三相双有源桥（dual active bridge,DAB）直流变换器作为两个不同电压等级的直流电气系统的连接桥梁,能够实现能量的双向流动。对于闭环控制系统,DAB 直流变换器控制器参数的选取影响着系统运行的稳定性。针对此问题,本文基于动态相量法对使用单移相控制策略的三相 DAB直流变换器进行建模,并考虑了闭环控制器,...     

基于等面积法的双有源桥变换器控制策略

随着电池储能系统的不断发展,储能用双向直流变换器的规格与效率要求越来越高,双有源桥(DAB)变换器由于可以更好地胜任功率双向传输场合而备受欢迎。但其常规调制方式均有一定的缺陷,单移相调制方式在轻载时软开关特性丢失,效率低;双移相与三移相调制方式需要实时求解最小电感电流有效值对应的内外移相角组合,控制计算过程复杂,对主控制器要求高。这里综合考虑变换器常规调制方法存在的优缺点,提出一种基于等面积法的优化控制策略,根据电池电压灵活调整初、次级全桥占空比,有效降低电感电流有效值,拓宽软开关范围,提高变换器效率,且控制复杂度相较于双移相与三移相调制方式大幅减小。最后,搭建了额定功率为5 kW的实验样机,验证了所提控制策略的有效性。     

多有源桥型电力电子变压器简化电磁暂态等效模型

电力电子变压器是柔性直流配电网的关键设备,其高频特征导致仿真步长小,在多有源桥等场合下其详细电磁暂态仿真效率依然较低,需要进行提速。文中提出了一种级联H桥型多有源桥电力电子变压器简化电磁暂态等效模型,分析了多有源桥的结构特征。对于级联H桥慢变电路,采用开关函数模型划分电路状态;对于多有源桥快变电路,以广义状态空间平均法为基础,实现傅里叶分解并保留关键次谐波特征的等效。此外,提出了不同级联方式下端口电气值处理方法,在保留精度的前提下提升仿真加速比。在PSCAD/EMTDC中实现了输入串联输出并联型多有源桥电力电子变压器的详细模型和简化等效模型建模。仿真结果表明,与详细模型相比,简化电磁暂态等效模型具有相似的精度和更高的效率。     

双有源桥变换器电流应力优化的双重移相调制方式

为了减小双有源桥DAB(dual active bridge)变换器在双重移相DPS(dual phase-shift)调制方式时,由于变压器原、副边电压不匹配导致电流应力增大的问题,基于DPS调制方式,在不增加新的移相控制变量的前提下,改变内外移相角间的约束关系,提出了一种电流应力优化的新型移相IDPS(improved dual phase-shift)调节方式。分析了IDPS工作特性,建立电流与功率的数学模型;提出电流应力优化控制方法,并与传统DPS调制方式对比,分析电流应力与回流功率特性。最后搭建实验平台验证,提出的IDPS调制方式与传统DPS方式相比,降低了轻载与中载时的电流应力与回流功率。     

输出短路故障下的DAB暂态过流分析

文章详细分析运行在双重移相下的双有源桥在输出短路故障下的暂态过程。分析过程采用时域分析法,并实现内部及外部电路的解耦。针对不同的模态,推导双有源桥在不同类型短路故障后,内部电流、输出电压和输出电流的暂态表达式,进而论证暂态过程中存在的过流现象,指出最严重的过流风险。基于暂态过程的分析结果,该文提出在输出端串联电感来实现双有源桥的短路故障穿越的方法,并推导了串联电感值的范围,使双有源桥在内部电路无过流风险的前提下,提供合适的短路故障特征。基于MATLAB/Simulink软件对50k W的双有源桥模型进行仿真,同时搭建500W的实验样机并完成实验验证。仿真及实验结果验证所提分析结果及方法的正确性。     

降低双有源桥DC-DC变换器回流功率的双移相控制策略

为减小双有源桥DC-DC变换器中的回流功率,对双有源桥DC-DC变换器进行数学分析,推导回流功率与传输功率、电压转换比的关系。针对传输功率的大小进行分段优化,得出各范围内的最优移相角,从而提出一种能减小双有源桥DC-DC变换器回流功率的改进双移相控制策略,该策略能在一定传输功率范围内满足软开关条件。在MATLAB/Simulink仿真平台上进行仿真实验,仿真结果表明,与传统的单移相相比,所提出的双移相控制策略能明显降低回流功率,并能在一定的传输功率范围内实现回流功率为零。     

基于Sigma-Delta AD采样的双向有源桥变换器中变压器的直流偏置抑制

双有源桥（DAB）变换器兼具高效和高功率密度,且其能量可双向流动,从而得到广泛应用。DAB变换器易因电路参数、驱动信号不对称等因素造成磁不平衡,进而影响电路正常稳定工作。因此,设计了一种变压器绕组的直流偏置电流检测控制策略。该策略通过采样电阻和delta-sigma（Δ-Σ）调制将电流转换为1位数据流,采样电阻放置在H桥直流端,可分别获得绕组正半周和负半周中电流平均值,相减可得绕组电流直流分量。同时,设计了一种DAB的直流电流抑制方法,通过设计控制器以实现微调任一桥臂的占空比来调节H桥输出电压的直流分量。最后,通过Matlab仿真验证了直流偏置电流检测与控制策略的有效性。     

LCL谐振型双有源全桥双向DC-DC变换器分析与控制

研究了一种新型LCL谐振型双有源全桥双向DC-DC变换器。根据LCL谐振网络的基本特性,在双移相控制方式下,使得初、次级全桥的交流侧电压与电流同相位,实现了单位功率因数,基本可以消除双有源全桥变换器中普遍存在的回流功率。在时域波形分析的基础上,建立了各次谐波的交流等效模型,计算了各次谐波传输功率相对于基波传输有功功率的比值,并通过基波近似法进一步研究了变换器的功率传输特性。最后,设计了一台额定功率为3.6kW的实验样机,特征波形、回流功率的实验与分析结果吻合,并验证了其运行在宽负载电压和功率范围内的良好特性。     

移相控制三电平双有源全桥直流变换器的软开关特性

变压器原副边桥臂电压不匹配时,移相控制三电平双有源全桥直流变换器（3L-DAB）的开关管可能会工作在硬开关模式,导致系统损耗增加、效率降低。针对这个问题,该研究对3L-DAB变换器的软开关工作范围展开详细的分析。首先,描述了移相控制下3L-DAB变换器的功率传输特性;在此基础上,基于稳态时域模型,推导了随着移相角和变压比的变化,变压器原副边所有开关器件的软开关工作范围。然后,对比分析了考虑开关管结电容前后变换器的软开关工作范围变化。最后,通过仿真和搭建的实验平台验证了理论分析的正确性。     

一种并-串型双有源桥变换电路的分析

研究了一种原边并联、副边串联的双有源桥变换器,分析了双有源桥(Dual Active Bridge,DAB)电路的工作原理,推导出开关管软开关实现的条件,给出了谐振电感等关键参数的设计方法,对并-串型与非并-串型双有源桥变换器的损耗进行了比较分析,表明并-串型在效率上的优越性。最后,仿真和实验的结果验证了理论分析的正确性,该变换电路能实现高效率、高功率密度。