基于安排过渡过程的新型双向DC-DC变换器PID控制

双向DC-DC变换器被广泛应用在电动(混合动力)汽车、不间断电源系统、新能源(太阳能、燃料电池等)发电系统、电子负载等领域。传统双向DC-DC变换器采用PID控制,但常因初始时间内控制力过大而出现超调现象。针对储能系统鲁棒性及稳定性设计一种基于安排过渡过程的新型双向DC-DC变换器控制方式。在利用辨识法获得变换器二阶线性模型后,使用PID控制器和安排过渡过程的PID控制器对双向DC-DC变换器进行电压电流控制的仿真和实验。实验结果表明,安排过渡过程可在变换器初始运行阶段消除输出超调量,一定程度上减缓系统超调量与调节时间之间的矛盾。     

三端口隔离双向DC-DC变换器模型预测控制技术

为提高直流微电网中三端口隔离双向DC-DC变换器的动态性能,针对三有源桥(TAB)DC-DC变换器,该文提出一种模型预测控制(MPC)策略。考虑TAB变换器各端口的控制目标,基于移相控制和平均值模型建立TAB变换器离散化预测模型,通过MPC问题最优求解设计预测控制器,以实现端口间的解耦控制效果。进一步分析系统参数偏差对MPC策略控制效果的影响,设计抑制稳态误差的TAB变换器MPC控制方案。基于TMS320F28335+FPGA_XC6SLX16的双处理器控制内核搭建TAB样机,实验结果验证了该文所提方法的有效性,且具有更快的动态特性及端口功率解耦运行能力。     

基于模糊控制的电动车双向DC-DC变换器研究

为了延长车辆续航里程,提高蓄电池的使用寿命,使用超级电容作为辅助的能量源,控制超级电容的双向DC-DC变换器对直流母线进行能量的回馈和补充,提高了电动车电源系统效率。根据蓄电池和超级电容的剩余电量及负载瞬态功率需求,提出了一种模糊控制器改善双能量电动车DC-DC变换器性能的方法。模糊控制器根据车辆运行的不同工况,自动地决策出一个合理的输出电流,进而控制双向半桥Buck/Boost式变换器的电流环。实验结果说明了控制系统具有良好的动态性、可行性、有效性。     

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。     

含电池储能的直流配电网振荡抑制有源阻尼控制及参数计算方法

运行于Buck模式的双向DC-DC变换器是引起直流配电网发生振荡失稳的主要因素之一。首先,该文通过简单的直流配电网案例,建立了三相VSC考虑交流系统动态过程的阻抗模型和双向DC-DC变换器的阻抗模型,分析了主电路参数、控制系统参数以及稳态运行点对两者阻抗模型的影响程度与规律,并揭示了直流网络等效电感和双向DC-DC变换器相互作用诱发直流配电网振荡失稳的机理。其次,从直流配电网振荡抑制所需的阻抗特性角度考虑,提出了一种双向DC-DC变换器反馈直流电流的有源阻尼控制策略,并研究了阻尼控制器参数对其阻抗特性的影响规律。再次,以电池储能装置并联谐振抑制和直流网络串联谐振抑制为约束条件,解析了阻尼控制器的参数选择范围表达式。最后,采用电磁暂态仿真验证所给计算公式的正确性。     

基于自抗扰控制的双向DC-DC变换器并联均流控制

双向DC-DC变换器作为微电网的重要组成部分,可以实现各个微源之间的能量流动,但变换器并联运行时存在均流问题。为了解决双向DC-DC变换器的抗扰动能力和均流控制效果,在建立双向DC-DC变换器数学模型的基础上,设计了一种电压电流双闭环自抗扰控制(ADRC)策略,同时考虑双向DC-DC变换器并联运行的均流特性,将ADRC与中间电流均流控制相结合,提出了一种适用于DC-DC变换器的自抗扰均流控制算法。仿真结果表明,与传统PI控制系统相比,该控制系统具有更优的快速性、鲁棒性和适应性。     

微电网中的储能系统设计

微电网中的储能系统是提高系统稳定性、补充因风电、光伏等供电缺失部分、很好地跟踪负荷变化、提高电能质量的重要组成部分。设计了微电网中蓄电池储能系统,包括双向DC-DC变换器、双向DC-AC变换器及控制器,通过仿真分析可知,所设计的储能系统具有较好的充放电性能,基本实现了微电网对储能环节的要求,能够保证在分布式电源发生波动等输出功率不稳定时用户端的电能质量较好。     

基于矢量作用时间的双向DC-DC变换器预测电流控制方法

在含有分布式电源的直流微网系统中,分布式电源输出波动以及负荷投切等因素会造成直流母线电压产生波动。为了改善系统的输出性能,进一步提高系统的快速性,该文提出一种基于矢量作用时间的双向DC-DC变换器预测电流控制策略。采用预测电流控制器取代传统的电流环PI控制器及调制环节,可以有效地提高系统的快速性。针对传统预测电流控制方法因开关频率不固定导致的电流纹波较大问题,提出改进的控制算法,根据在线计算得到矢量作用时间,设计新的目标函数从而实现定频控制。仿真和实验结果表明,在独立光伏储能直流系统中,基于矢量作用时间的双向DC-DC变换器预测电流控制策略能够有效地改善蓄电池电流纹波,抑制直流母线电压波动,增强系统的抗干扰能力。     

新能源发电系统用多相耦合交错型双向DC-DC变换器及控制研究

本文重点研究新能源发电系统用双向DC-DC变换器及其控制策略,提出一种多相耦合交错型磁集成Buck-Boost变换器应用于新能源发电系统中储能系统能量双向传递。首先对多相磁集成双向DC-DC变换器进行耦合电感研究,分析两相耦合Buck变换器等效电感并给出电感耦合设计准则;针对电感耦合交错型变换器的多开关状态、高阶化及电感电容复杂扰动的特点提出一种平均值电路法建立其小信号模型,并推导出状态变量到控制变量的传递函数;根据变换器开环稳态特性,进行补偿网络设计,提出基于趋近律的自适应电流控制策略并设计基于电流环补偿控制器。最后通过仿真和实验表明,本文提出的控制方法较传统PI控制可同时改善系统稳态及暂态性能。     

基于开关序列的光伏储能双向DC-DC变换器预测电流控制方法

在光伏储能系统中,负荷和分布式电源的波动以及投切等因素会引发直流母线电压产生波动,为了改善系统的输出性能,进一步提高系统的稳定性,提出一种基于开关序列的光伏储能双向DC-DC变换器预测电流控制策略,采用预测电流控制器取代传统的电流环PI控制器及调制环节,有效地提高了系统的快速性和稳定性。通过引入开关序列近似实现定频控制,解决了传统预测电流控制方法因开关频率不固定导致的电流纹波较大问题。实验结果表明基于开关序列的光伏储能双向DC-DC变换器预测电流控制策略能够有效改善蓄电池电流纹波、抑制直流母线电压波动,提高光伏储能系统的动态性能和抗干扰能力。     

基于三半桥拓扑的双向DC-DC变换器的建模研究

为了设计三半桥双向DC/DC变换器控制器参数,进一步提高变换器的性能,本文探讨了三半桥双向DC/DC变换器的模型。运用状态空间平均法,推导出了三半桥双向DC/DC变换器的状态空间平均方程。通过分析三半桥双向DC-DC变换器的小信号模型,推导出了变换器在Boost方向上控制-输出的开环传递函数。     

用于提高降压变换器PID控制器性能的粒子群优化

目前,DC-DC变换器用来控制和稳定直流电压,从而为电动汽车提供电能。提高DC-DC变换器的性能成为工业应用中的主要目标之一,为此提出了很多方法来控制降压变换器。本文提出利用PI和PID控制器来优化DC-DC变换器的性能。为得到最佳的控制器系数,采用了粒子群优化(PSO)法。仿真结果证明PSO法提升了上述变换器的性能,显示了其在最优PID控制器设计方面的潜力。     

基于ARM控制的单端正激双向DC-DC变换器的设计

介绍了一种由单端正激变换电路作主电路、ARM作控制器的双向DC-DC变换器的设计过程。该变换器应用同步整流技术,采用全数字控制,使得整个设计具有电路简洁、转换效率高、控制简单、工作可靠、可实现能量的双向流动等特点。通过样机的测试验证方案的可行性。     

DC-DC Boost变换器控制算法的研究

为了改善DC-DC Boost变换器的性能,在电压控制模式的基础上,设计了PI控制器,对输出电压进行控制。分析了DC-DC Boost变换器的基本原理,推导了变换器的传递函数。本文用Ziegler-Nichols方法和Loop-Shaping方法计算出PI控制器中Kp和Ki的值,进而通过Matlab仿真和实验,比较了两种方法的输出响应,得出结论:采用Loop-Shaping方法能更好改善变换器的性能。     

基于平坦理论的直流微电网双向DC-DC变换器改进滑模自抗扰控制

针对直流微电网系统中分布式电源功率波动、负载频繁投切以及不确定性扰动造成的母线电压波动问题,以直流微电网储能单元双向DC-DC变换器为研究对象,提出了一种基于平坦理论的改进滑模自抗扰控制策略。该方法采用双闭环控制结构,其中,电流内环采用微分平坦控制,提高系统的动态响应速度。在考虑系统抗扰性能和高频噪声影响的基础上,利用增阶滤波扩张状态观测器对外环模型总扰动进行估计。并根据状态量和扰动量估计信息设计了电压外环改进滑模自抗扰控制器,进一步提升系统的鲁棒性能。最后利用Matlab/Simulink软件进行仿真,验证了所提控制策略的有效性及优越性。     

一种新型三电平双向DC-DC变换器

三电平桥式电路中开关管承受的电应力比普通桥式电路中开关管承受的电应力减小一半,结合三电平电路结构的优点,省去了传统三电平双向DC-DC变换器中的一对飞跨电容,提出了一种新型三电平双向DC-DC变换器。该新型三电平双向DC-DC变换器使电路中开关管电应力减小,谐波成分降低。利用交错移相的控制策略进行控制,使得新型变换器中所有开关管均能实现零电压开关(ZVS)。通过2.4 kW的样机试验验证,提出的新型三电平双向DC-DC变换器性能优良,与传统的双向DC-DC变换器相比,效率有了显著提升。     

四相交错并联双向DC-DC变换器中耦合电感的设计准则

深入研究了四相Buck+Boost交错并联双向DC-DC磁集成变换器运行在Buck模式下的稳态电流纹波和暂态电流响应速度,同时研究了耦合电感的非对称性对变换器性能的影响,通过分析磁集成变换器的占空比和电感耦合系数对稳态电流纹波和暂态电流响应速度的影响,总结出四相Buck+Boost交错并联双向DC-DC非对称磁集成变换器运行在Buck模式下的设计准则,即在设计这种非对称变换器时,利用给出的设计公式和设计区域选择相关参数。最后,通过实验验证了理论分析的正确性。     

有源电力滤波器中双向快速充放电DC-DC变换器设计及仿真

为了满足强磁场装置电源供电极低电流纹波的要求,采用了并联有源电力滤波器。首先简述了并联有源电力滤波器的工作原理,并设计了一种新型的双向DC-DC变换器取代了以往并联有源电力滤波器中使用的水冷电阻,实现了对并联有源电力滤波器中的电容器进行快速充电与快速放电,从而降低了能量损耗。然后详细分析了变换器快速充电与快速放电的工作过程,并给出了具体的设计参数。最后进行了仿真验证,通过仿真波形可以看出,该双向DC-DC变换器可以正常工作,能够顺利实现能量的双向流通,满足并联电力有源电力滤波器的设计要求。     

交错并联磁耦合双向DC-DC变换器非对称耦合电感的研究

对三通道Buck+Boost交错并联双向DC-DC磁耦合变换器运行在Buck模式下的稳态电流纹波和暂态电流响应速度进行了深入研究,同时研究了耦合电感的不对称性对变换器性能的影响,分析了磁耦合变换器的占空比、电感耦合系数对稳态通道电流纹波、暂态总输出电流响应速度的影响,进而总结出三通道Buck+Boost交错并联双向DC-DC磁耦合变换器运行在Buck模式下的设计准则,即在设计这种变换器时,利用本文所给出的设计公式和设计区域设计相关参数。最后通过仿真和实验验证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。