建筑直流供电交错并联 DC/DC变换器模型预测控制策略∗

在能源需求和环境保护的双重压力下,燃料电池等分布式发电技术广泛应用于建筑中提供直流电能.针对燃料电池动态响应速度较慢,输出电压具有软特性,无法应对即时负载的瞬时变化,设计出应用于建筑直流供电系统的交错并联DC/DC变换器,用于调节燃料电池的功率输出;引入模型预测控制(MPC)思想对DC/DC变换器进行控制,采用PI控制和模型预测控制相结合的方法,与传统的双闭环控制相比,模型预测控制使输出电压能够准确追踪给定值,直流母线电压超调大大减少,电感电流纹波大大减少,动态响应性能大大提高.最后通过试验证明了该控制方法的有效性.     

并联DC/DC变换器的混杂系统建模与优化控制

DC/DC变换器是一类典型的混杂系统,使用传统的建模方法难以表征其混杂特性。文章引入v步建模法深入分析了并联DC/DC Buck变换器的动态过程,导出了其动态演化方程,建立了系统的混合逻辑动态模型。在此基础上,提出了将模型预测控制与交错PWM技术相结合的DC/DC变换器控制策略,实现了对并联DC/DC变换器的优化控制。为验证控制的有效性,对系统进行了仿真。结果表明:这种控制策略即使在输入电压或负载发生突变时也能使系统快速有效地跟踪参考信号,迅速恢复至稳态且变化幅度小,具有良好的动态性能。     

风力发电并网逆变器预测电流控制方法研究

建立了风力发电变流系统中三相电压型并网逆变器的数学模型,采用两相静止坐标系下预测电流控制的方法对其进行控制。该方法将周期内的电流误差转化为电压信号,作为电压空间矢量脉宽调制的给定,令下一周期实际电流跟踪参考电流,从而使逆变器具有快速的动态响应,实现了高功率因数,获得稳定的输出电压。仿真和实验结果验证了该方法的正确性和可行性。     

基于三矢量模型预测电流控制的共模电压抑制策略

针对永磁同步电机(PMSM)驱动系统中存在的共模电压高、电流脉动大的问题,提出将无零矢量调制(NSPWM)方法与三矢量模型预测电流控制算法结合进行控制。已有的单矢量模型共模电压抑制策略电压矢量方向固定,可选矢量范围有限,电流脉动仍较大。而三矢量模型预测电流控制共模电压抑制策略基于NSPWM在每个扇区利用3个非零矢量合成目标电压矢量,矢量范围覆盖广。结合无差拍电流控制,在实现共模电压抑制的同时,还能减小电流脉动,提高系统动态响应。通过仿真和试验验证了所提控制策略的有效性。     

五相永磁同步电机串级模型预测电流控制

在五相永磁同步电机（PMSM）模型预测控制中,通过繁琐的计算法获取权重系数难以保证系统控制性能最优。针对该问题,本文采用级联模型预测控制的思想,提出五相PMSM串级模型预测电流控制。首先,分析所提方法选择最优电压矢量的机理。然后,结合五相PMSM的特点,设定被控变量的控制优先级,提出两种无权重系数的成本函数设计方案：基波电流优化方案采用幅值高的电压矢量,提高直流母线电压利用率和动态响应能力;谐波电流优化方案减小定子电流谐波,以降低系统噪声和振动。实验结果表明,所提方法能够保证施加电压矢量的最优性,使五相PMSM在不同工况下获得转矩脉动小、动态响应快、谐波电流小的良好性能。     

基于备选矢量优化的永磁同步电机系统快速预测位置控制

针对永磁同步电机系统位置预测控制的传统价值函数中位置、转速、电流权重系数难以调整,且存在遍历法下控制电压矢量选择计算效率低的问题,提出一种基于备选矢量优化的有限控制集快速预测位置控制策略。首先预测带有电流、转速和位置信息的参考电压矢量,之后转化价值函数到电压量纲以省去权重系数,并将最大电流、转速限制项统一到电压量纲来实现对电流和转速的限制;之后通过求取参考电压矢量的位置进行备选矢量的优化选择,将备选电压矢量个数由8个缩减到3个,减少计算次数。最后,通过实验研究证明所提出的控制策略具有较好的动态响应速度和运动控制精度,且无需权重系数调整、计算次数节省约45%。     

数字电流滞环控制的Buck-Boost DC/DC变换器

基于Buck-Boost DC/DC变换器,提出了一种数字电流滞环控制方法,根据输入输出电压、输出电流的采样信息及输出电压偏差反馈增益,计算出所需平均电感电流,并将电流控制在该平均电感电流的一个滞环宽度内.详细分析了负载突变和启动过程中输出电压的动态响应,给出了参数选择及设计过程,经实验验证了输入电压及负载对输出电压的影响,结果证明了该控制方法的可行性和理论分析的正确性.     

基于模型预测控制的固态变压器控制策略研究

固态变压器(SST)中的变流器在整流状态时,通过交流侧电流预测控制,使其工作于单位功率因数且直流侧电压保持稳定;逆变状态时,采用输出电压预测控制,以提高输出电压稳态精度和动态性能。提出了固定开关频率模型预测控制选取双非零矢量和零矢量进行预测,根据各矢量占空比与优化函数的关系,确定一个控制周期内各矢量的作用时间和开关序列。固定开关频率模型预测控制无需脉宽调制控制器,避免了比例积分控制器参数整定引起的不稳定问题,且有效降低了单非零矢量预测控制中过高的采样频率。仿真研究表明,固定开关频率模型预测控制的SST在各典型工况下,各级电压、电流具有良好的动态响应和抗负载扰动能力,可满足微网对SST的控制要求。     

带直流电流前馈的光伏逆变器预测控制策略

光伏并网逆变器的控制技术一直是可再生能源发电领域的研究热点。依据单相光伏并网逆变器的特点,在单级式拓扑结构中,通过对传统的电压电流双闭环控制方式的分析,提出了一种带直流电流前馈的光伏并网逆变器电流预测控制方法。该方法首先由并网逆变器的物理模型推导出电流预测控制函数,实现对并网电流的快速控制。分析结果表明,所提方法能加快电压外环的响应速度,使系统的动态响应更加优越,提高发电效率,减少并网电流的谐波。仿真和实验结果证明了所提方法的有效性和实用性。     

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。     

可隔离直流故障的直流电网用DC/DC变换器拓扑

直流电网作为光伏和风电等新能源汇集的重要手段,近些年获得了快速发展。DC/DC变换器作为直流电网中电压变换和隔离直流侧故障的关键设备也日益受到关注。提出了一种适用于直流电网的可隔离直流故障的新型DC/DC变换器拓扑,该拓扑基于半桥模块化多电平换流器型DC/DC变换器,增加故障转移支路,发生直流故障时更易切断故障电流,同时提出了其故障隔离策略。对比该拓扑与半桥式DC/DC变换器的技术性和经济性差异发现,当DC/DC变换器出口侧连接有多个换流站时,提出的DC/DC变换器方案不仅可以更快地切除故障线路,还减少了故障隔离对于直流断路器的依赖。在PSCAD/EMTDC中,针对两个直流电网的典型场景,进行了直流双极短路故障仿真。仿真结果表明,所提出的拓扑具备直流故障穿越能力,非常适用于大规模直流电网系统。     

Buck DC/DC变换器在星载开关电源中的应用

介绍了一款可用于星载开关电源的Buck DC/DC变换器。为满足星载开关电源的需要,相对于传统的BuckDC/DC变换器,该变换器在消浪涌电路、启动电路、驱动电路、过流保护电路的设计上做了一些改进,重点分析了其工作原理,并给出了相关设计公式。该变换器转换效率高,可广泛应用于星载开关电源。     

一种由直流后备式熔断器和直流真空负荷开关构成的直流组合电器

提出了一种由直流后备式熔断器和直流真空负荷开关串联组成的直流组合电器,对其直流开断特性进行了仿真和实验研究。新型直流组合电器可完成直流电流的全范围开断:当开断额定电流和过载电流时,采用真空直流负荷开关利用人工电流过零法开断电流,此时后备式熔断器不动作;当开断大过载电流和短路电流时,采用后备式直流熔断器直接开断大电流,也可以将大电流限制至较低幅值再采用真空直流负荷开关进行分断。实验结果证明,该直流真空负荷开关可以在5 ms内成功开断200 A至1.7 k A的直流电流,直流后备式熔断器可以开断1.7 k A及以上的直流电流。     

直流微网储能DC/DC变换器的自适应虚拟直流电机控制

电力电子化的直流微电网自身缺乏惯性,当功率发生波动时,直流母线电压会产生较大突变,不利于其稳定运行。为了解决这一问题,虚拟直流电机控制被应用于直流变换器中来模拟直流电机的外特性,进而为直流微电网提供惯性支撑。但传统参数固定的虚拟直流电机控制在提供惯性的同时会牺牲系统的动态响应速度。针对这一问题,提出了参数自适应虚拟直流电机控制,并将它应用于储能端推挽式DC/DC变换器中。建立了系统的小信号模型,分析了转动惯量参数变化对系统的影响,并给出了参数的自适应调节原则。最后,搭建了仿真模型对不同控制方法进行了对比分析。仿真结果表明所提控制策略在为系统提供较大惯性支撑的同时,系统仍具有较快的动态响应速度。     

直流微网DC/DC变换器的虚拟直流电机控制策略研究

直流微网是小惯性系统,负荷频繁投切和新能源出力波动等因素都会影响母线电压的稳定。在直流微网系统中,往往通过储能单元维持系统功率平衡和母线电压稳定。针对储能端口双向DC/DC变换器,提出一种简化的虚拟直流电机控制方法,以增强系统的惯性和阻尼;建立虚拟直流电机控制的小信号模型,分析控制策略的稳定性和动态特性;对于动态响应初期母线电压的冲击性变化,提出输出电流前馈的小信号模型补偿方法,进一步平滑母线电压的动态过程;最后通过仿真分析验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

直流变压器研究

随着大功率电力电子器件的日益发展,采用电力电子器件构成的电力电子变压器不但可以实现交流变压器功能,而且还可以实现直流变压功能即直流变压器,从而有利于减少变压器的体积和成本;另外,随着直流电网的发展和普及,直流变压器将在直流输电中也会得到较为广泛的应用。因此,电力电子变压器得到了越来越多得到人们的关注,为利于该技术的实际应用,通过电路模态分析、仿真和实验,详细地分析并实验研究了全桥拓扑结构直流变压器的工作过程和高频变压器磁复位工作原理以及输入输出特性,最后给出了实验结果。仿真和实验结果表明直流变压器能够自动利用输出电压实现高频变压器磁复位和直流变压功能。因此,直流变压器可以广泛地应用在不需要调压的直流用电场合。     

直流开断与直流断路器

随着直流输电技术的快速发展,直流断路器的研制水平成为制约其发展的一个重要因素。对直流断路器研制的关键问题——直流开断进行了分析,综述了直流断路器采用的典型开断方法,并对实际系统中比较有代表性的3种直流断路器进行了介绍。     

双向全桥DC/DC变换器在直流微电网中的应用

双向变换器是微电网中的不可或缺的一部分,由DC/DC变换器将分布式电源、储能装置与负荷等构成的直流微电网,在未来供配电发展中会成为一种新的趋势。文中设计和制作了双向全桥DC/DC变换器,分析、计算和选择该变换器的功率器件及参数等,并进行了检验和参数调整。然后将该变换器其应用于直流微电网的锂电池组储能支路,实验结果表明,该双向全桥变换器能够正常工作,当直流微电网系统功率产生波动时,该储能支路能够与其他支路协调配合,稳定了直流母线电压,提高了直流微电网的稳定性。     

基于直流电封闭测试的双向DC/DC电子负载

针对隔离型DC/DC电源的性能测试,设计了一种非隔离双向DC/DC电子负载.该电子负载拓扑结构为四开关Buck-Boost(FSBB)电路,采用单调制波双载波控制方式可在Buck模式、Buck-Boost模式和Boost模式间实现三模式平滑过渡,基于负载数学模型,采用双闭环控制及模型跟踪,可以模拟各类电池和负载的I-U特性,与隔离型DC/DC被测电源构成了直流电封闭能量循环系统.测试系统具有结构简单、高效、宽电压范围等优点.最后搭建了一台6 kW电子负载实验样机平台,并验证了设计方案的可行性.     

零电压过渡反激式DC/DC变换器

介绍了一种新型的反激式ＤＣ／ＤＣ变换器,通过附加简单电路,实现了开关的零电压过渡,从而降低了损耗,减少了电磁干扰。