包含光储供电系统三端口变换器工作状态分析

分布式发电供能技术是当代智能微电网的重要组成部分,其中三端口隔离型直流变换器发挥了重要作用。因为蓄电池储能系统可以实现能量的流动和储存,所以三端口隔离型直流变换器与光储供电系统相结合可以实现能量的多方向流动。为了实现上述目的,研究并设计了一种包含光储供电系统的三端口直流变换器系统,研究采用的方法是根据现实中存在的工作场景分析出三端口变换器不同的工作状态,其中包括了光伏输出、蓄电池和直流负载的工作状况分析,并在传统移相控制和光伏最大功率跟踪控制相结合的基础上,相对应地设计了不同的控制方法,通过控制策略实现了系统内的能量流动和协调管理。最后,进行了模型的搭建和验证,验证了工作场景分析及能量流动协调管理的可行性。     

微电网储能系统中基于PWM加双重移相控制的双向DC／DC变换器研究

针对微电网储能应用中各储能装置以及直流母线存在的电压波动对变换器工作造成的不利影响、电路环流带来的损耗问题,在原边全桥-副边升压半桥隔离型双向DC/DC拓扑的基础上,提出了PWM配合双重移相的控制方法,分析了该方法在变换器端口电压波动情况下对变换器的各种工作特性带来的改善。针对单侧H桥双重移相控制仅在端口电压匹配时才能够在整个移相范围内消除功率环流的局限性,阐述了引入PWM控制后在消除功率环流上的改进,提高了端口电压在宽变化范围下系统的工作效率。建立了PWM配合双重移相控制变换器的数学模型,并与传统移相控制变换器特性做出定量的对比。设计了所提方法应用在微电网储能系统中的控制策略,并搭建了仿真模型,对控制效果进行了对比分析,验证了所提方法的有效性。     

基于交错并联软开关双向变换器的研究与分析

基于有源钳位软开关的双向变换器在直流微电网、电动汽车等场合中被广泛应用,为了研究交错并联软开关双向直流变换器的工作效率以及动态响应性能,本文采用基于有源钳位两相交错并联双向Buck/Boost变换器电路拓扑,通过对该变换器不同模式下的工作模态进行分析,并采用状态平均法详细推导了交错并联软开关双向变换器的稳态模型和交流小信号等效模型,最终进行实验验证,结果表明：该电路拓扑中的所有开关管都能在零电压条件下开通,并且交错并联型拓扑结构可以有效地降低输出电感的电流纹波,使得系统的工作效率相比于常规双向变换器拓扑有所提高,最终通过仿真模型验证了本文所建立的小信号模型的正确性,结合负载动态实验得到该系统补偿后的动态响应性能较好。     

面向家庭直流微电网的多端口变换器研究

为减少家庭直流微电网中变换器的数量,本文提出了一种新型多端口直流变换器及其控制策略。该变换器具备4个端口,原边通过将双向Buck/Boost电路和移相全桥变换器的两个桥臂开关管进行复用而得到两个输入端口,副边与同步Buck变换器相结合构成高、低压两个输出端口,并通过选择和比较各端口的控制量实现多端口变换器控制策略的切换。该变换器能够实现多电压等级输入/输出及其端口电压的恒定控制、能量双向流动以及控制策略切换等功能,相较于其他多端口变换器,具有结构简单、功率密度高等优点。最后,本文通过Matlab/Simunlink软件搭建仿真模型,并进行详细的实验分析,结果验证了理论分析的正确性和有效性。     

三端口DC/DC变换器预测电流移相控制

针对微电网储能系统中三端口DC/DC变换器,研究了基于半开关周期采样和全开关周期采样的预测电流移相控制。分析了变换器的工作状态和开关模态,采用Y-△等效变换得到电感电流斜率,在每个开关周期驱动信号的中点时刻采样电感电流,计算不同阶段变换器的电感电流增量。基于电流采样值和电流参考值预测变换器下一个开关周期上升沿和下降沿移相比,更新该移相比使电感电流达到参考值。然后分析了两种采样模式下电感电流中直流分量消除机理,并给出三端口DC/DC变换器闭环控制策略。仿真结果验证了该控制方法的有效性,较好地解决了三端口DC/DC变换器直流偏置问题,提高了系统的动态响应和鲁棒性能。     

移相控制的双有源桥DC-DC变换器统一相量分析法

提出一种用于分析移相控制双有源桥直流变换器的控制特点、功率的传输与交换特性的交流相量分析方法。通过傅里叶级数分解将变换器的动态方程转化为稳态相量表达式,从而建立适用于单移相控制、扩展移相控制以及双重移相控制的统一复功率模型,得出功率分布区域。根据变换器稳态相量表达式得出不同控制方式所对应相量分析图,并提出不同移相控制策略的实际控制区域。仿真和实验结果与理论分析一致,验证所建立复功率模型的准确性。该分析方法避免了传统瞬时功率积分方法建立移相控制直流变换器功率模型过程中计算复杂、模型不统一以及物理意义不明确等问题,方便了多控制自由度情况下,变换器控制策略的选择与设计。     

双电机异步驱动的三端口级联多电平变换器及再生能量分配系统

为解决工业现场多电机运行及再生能量利用问题,提出一种可同时驱动双电机异步运行的三端口级联多电平变换器拓扑及控制系统。将传统H桥级联多电平变换器与六边形变换器拓扑结合构成一个三端口AC/AC/AC结构。其中,H桥级联变换器每单元前端通过移相变压器接入电网,作为输入端口;六边形拓扑相邻顶点则构成两交流输出端口。采用恒压频比控制,结合功率分配分析,分别给定两输出端口控制信号,驱动双电机异步运行。六桥臂可等效为两组耦合三相对称电源,将一台电机再生能量转移供给另一台电机的电动运行,以此提出新的能量流动路径,降低单元直流侧电容电压泵升。以12单元6桥臂的三端口级联多电平变换器为例,通过Matlab仿真及实验结果验证了该拓扑及控制策略的可行性和有效性。     

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。     

一种可实现双向故障闭锁的双极Y型模块化多电平直流变换器

直流电网互联通常采用隔离型高压大功率直流变换器,但其存在体积大、成本高及传输效率较低等问题。该文提出一种双极Y型模块化多电平DC/DC变换器,其避免使用中间变压器,实现直流功率双向传输,并且可以有效闭锁双向直流故障。首先分析了变换器拓扑结构及故障闭锁工作原理,并根据桥臂内电势等效原理建立了数学模型。基于变换器臂间、相间能量平衡约束,在闭环控制的基础上引入桥臂电流补偿控制,提升变换器暂态性能。最后,在Matlab/Simulink搭建了采用模块化多电平DC/DC变换器(modular multilevel DC/DC converter,DC-MMC)的直流输电系统仿真模型,通过对端口电流、桥臂电流及桥臂电容电压等动态指标的分析,验证了所提DC-MMC双向功率传输控制及双向故障闭锁能力的可行性和有效性。     

可再生能源耦合氢储能隔离型变换器设计

针对可再生能源耦合氢储能的动态特性,提出基于移相全桥(phase-shifting full-bridge converter, PSFB)和双有源全桥变换器(dual active bridge converter, DAB)的新型隔离式三端口直流/直流(direct current, DC)变换器拓扑及调制策略,利用变换器的内外移相比可以单独或同时控制两个端口的功率,实现可再生能源发电与电解制氢、燃料电池多模式、多场景互动,与传统的基于单个变换器的解决方案相比,所提变换器具有元件数量少、体积小、调制灵活和安全高效等优点。通过仿真验证了所提拓扑及调制策略的正确性与有效性。     

双管正激变换器的建模与补偿网络设计

根据双管正激DC-DC开关变换器的基本原理,在低频、小信号、小纹波三个假设条件下,利用状态空间平均法以及欧拉公式建立了双管正激开关变换器的动态数学模型,根据建立的数学模型设计了补偿校正网络。在此基础上组建了电压型闭环自动控制系统,仿真和实验结果表明系统具有良好的动静态性能,验证了该数学模型的正确性以及控制策略的合理性。     

输入输出共地Boost TL直流变换器的研究

三电平变换器可以降低开关管的电压应力,减小储能元件的大小,有利于改善变换器的动态性能,减小变换器的体积。讨论了输入输出共地Boost TL直流变换器的工作原理。在低频、小信号、小纹波的假设条件下,利用状态空间平均法和欧拉公式建立了小信号动态数学模型,由于其数学模型存在右半平面的零点,系统成为非最小相位系统,根据非最小相位系统的特点,设计了补偿网络对系统进行了串联校正,实验结果良好的动、静态性能验证了数学模型和控制策略的合理性,为其他三电平开关变换器的分析和设计提供了理论依据。     

一种改进型全桥Boost变换器的建模及补偿环节设计

提出一种改进型零电流全桥变换器,通过一个并联有源辅助网络实现主开关管和辅助开关管的零电流开通关断,运用状态空间平均法对该变换器进行了小信号分析,建立了较为准确的小信号数学模型。对控制函数中出现的Boost电路常见的右半平面的零点提出了解决办法,使系统动态性能得到极大改善。仿真结果验证了小信号模型和补偿环节的正确性。     

一种单输入双输出高增益DC-DC变换器

随着分布式发电在中低压场合的应用越来越广泛,对高增益直流变换器的需求日益增加。提出一种新型单输入双输出高增益DC-DC变换器。该变换器在传统Boost电路基础上引入电容和二极管组成极性反向极,功率端口通过差分连接方式互联,提高了变换器电压增益,降低了开关管电压应力;同时端口功率控制彼此独立,进一步提高了电能路由的灵活性。详细分析了该变换器的电路结构和工作原理,推导出稳态特性下的电压增益、主要开关器件电气应力以及电流纹波等表达式。在此基础上,提出了基于矢量时间作用的模型预测控制策略,建立了该变换器预测模型、推导出开关管矢量时间以及设计了目标函数寻优过程。最后,通过仿真和实验验证了所提变换器及其控制策略不仅可行、有效,而且具有高运行效率与低电压应力。     

半主动混合储能双向直流变换器的精确建模

为了优化设计双向直流变换器（BDC）的控制系统,对双向直流变换器进行了精确建模。选用带有输入和输出滤波电路的半桥式Buck/Boost变换器作为建模对象,分析了变换器的工作原理,采用状态空间平均法分别建立了大信号模型和小信号模型,并理论推导了各个扰动电量到输出电压扰动的传递函数。最后在Simulink下建立了半主动混合储能系统,验证了建模的正确性。     

电动汽车直流变换器中高压MOSFET的振荡分析与改善

电动汽车需要高功率密度、高效率、高可靠性的高压到低压DC-DC变换器来给车内的低压电子负载提供电源。ZVS移相全桥拓扑利用电路寄生元件实现器件零电压开关,具有开关损耗低、工作频率高、功率器件开关应力小、变换器可靠性高等优点。当出现导通延迟现象时,普通功率MOSFET在移相全桥变换器中由于体二极管反向恢复特性差不能及时清除内部载流子,会导致器件在开关过程中出错,进而影响系统的可靠性。英飞凌新型过AEC-Q101认证高压功率COOLMOS CFDA带有极快速的体二极管,并具有极低的导通电阻。实验表明在移相全桥变换中使用CFDA能够减小潜在体二极管反向恢复问题,提高系统效率以及可靠性,尤其适用于车用HV-LV的DC-DC变换器。     

基于模块化多电平换流器的多端口谐振型电力电子变压器

适用于直流配电网的电力电子变压器(PET)需要中压直流端口,而现有基于模块化多电平换流器(MMC)结构的PET拓扑可同时提供中压交流、中压直流、低压直流和低压交流端口,但这类PET需要四级电能变换,使得电路结构复杂,体积和重量较大。文中提出了一种适用于直流配电网的多端口MMC谐振型PET拓扑。该拓扑采用混频调制策略,同时在MMC桥臂支路中并联一组LC谐振支路、中频变压器和全桥电路实现中压直流和低压直流端口的功率解耦输出。该PET拓扑仅使用三级电能变换即可提供所需的多端口特性,具有电路结构简单、体积重量较小等优势。针对该PET拓扑,提供了等效电路分析、控制策略和参数设计方法。最后,通过仿真和实验结果验证了该PET拓扑的可行性。     

一种输入电流连续的新型高增益DC-DC升压变换器

高增益DC-DC变换器正越来越多地应用于太阳能光伏或其他可再生能源发电系统。良好的稳态和动态性能以及更高的效率,是为上述应用选取变换器的先决条件。为此,提出一种高增益DC-DC升压变换器。首先,详细阐述了该新型变换器的拓扑结构与工作原理,在此基础上,对其电路参数进行了设计。然后,将所提变换器与最近提出的其他类似变换器在各种性能参数上进行了比较。最后,采用Matlab软件建立了系统仿真模型,并研制了实验样机。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。所提变换器只使用一个功率开关,具有连续的输入电流,同时能够降低开关器件间的电压应力。占空比的工作范围更宽,并且在较低的占空比下可以获得较高的电压增益。输入电流连续是DC-DC变换器的一个理想特性,所提变换器非常适合太阳能、光伏应用。     

大容量多端口变换器拓扑研究综述

多端口变换器具有很多优势,研究并在电网中推广应用多端口变换器对电能的发、输、配、用都具有重要意义。首先,概述和总结了国内外在多端口变换器拓扑领域方面的最新研究进展;然后,结合智能电网的需求,从容量、效率、成本、可靠性方面分析了各种多端口拓扑的优缺点和适用范围;最后,在此基础上对大容量多端口变换器的拓扑构造方法进行展望。构造合适的能量传输路径,在保证足够的控制自由度条件下,通过器件或者模块复用的方式,简化主回路结构,减少变换级数,达到减小体积和降低成本、降低损耗的目的。