零回流功率的LC谐振式双有源桥变频调制方法

在此针对LC谐振式双有源桥功率变换器提出一种零回流功率的变频调制方法.该调制方法与传统变频调制方法相比,可完全消除运行过程中的回流功率,有效地降低导通损耗.同时,该调制方法能够保证所有的开关均实现软开关,从而降低了开关损耗.这里在时域中分析了谐振网络在各个开关状态下的谐振电流和谐振电容电压,并进一步推导出能实现零回流功...     

基于谐波分析的LCL双有源桥软开关控制方法

在此分析了LCL谐振式双有源桥中的电流谐波,并据此提出了新的控制方法,提高了能量传递效率。首先介绍了传统LCL谐振式双有源桥的控制原理,然后在频域内分析了电流谐波产生的原因和各次电流谐波的幅值,并将其转化为时域表示。基于以上对电流谐波的分析,提出新的软开关控制方法。此方法可以实现全负载域的软开关,并且不会引入回流功率。最后通过实验证明了新控制方法的正确性和有效性。     

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。     

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...     

基于三角电流模式的双有源桥变换器

采用传统移相控制双有源桥无法实现开关管的零电流关断,使得应用在大功率场合下的IGBT关断损耗过大,同时存在功率回流的问题。为了减少开关管的关断损耗和变换器的功率回流,提高系统效率,提出三角电流模式双有源桥的控制方法。通过对传统移相控制进行分析,解释双有源桥的基本工作原理,并与三角电流模式的控制方法进行性能比较;分别分析三角电流模式双有源桥正向工作和反向工作时的开关时序和工作模态,以及变换器软开关的实现原理,推导出系统传输功率的计算公式和电路元件的参数优化方法;最后通过仿真和实验证明该控制方法的可行性。     

基于DPS的双有源桥DC-DC变换器回流功率优化控制

针对双有源桥(DAB)DC-DC变换器进行回流功率优化研究,在运用传统双重移相控制(DPS)进行调制,变压器两侧的输入电压跟输出电压不匹配时,回流功率会显著增大。提出一种双重移相的多目标优化控制方法,对双重移相控制的工作原理进行分析,推导出对应的输出功率和回流功率的关系式,以此搭建数学模型,并基于该模型对回流功率进行优化;以KKT作为条件,针对回流功率的最小化问题,解出内外移相角的最优组合;为了迅速改变当前的传输功率,通过虚拟电压补偿方法来实现,从而达到优化系统回流功率的目标;通过MATLAB/Simulink仿真对该方案与传统SPS(单移相控制)方案、传统DPS方案进行对比分析,验证了该方案的有效性及优越性。     

基于 LSSA 优化 DBN 的双有源桥变换器 开路故障诊断

针对双有源桥(dual active bridge, DAB)变换器中IGBT开路故障诊断精度较低的问题,提出基于莱维飞行麻雀搜索算法(Levy sparrow search algorithm, LSSA)优化深度信念网络(deep belief network, DBN)的故障诊断方法。首先,利用莱维飞行策略改进麻雀搜索算法的收敛速度和全局优化能力。然后将DBN的均方差作为适应度函数,利用LSSA寻找DBN的最优隐藏层单元数,根据得到的最优值建立DBN故障诊断模型。通过RT-LAB搭建DAB变换器半实物仿真系统,对变压器漏感电流信号进行故障诊断,在收敛速度、适应度值和诊断精度指标方面进行对比分析。实验结果表明诊断模型可以有效诊断DAB变换器开路故障,且诊断精度达到99%。     

基于三重移相控制的双有源桥变换器研究

为了加快“碳中和”及“碳达峰”的进程,可再生能源逐渐取代了化石能源,成为了未来主要的发电方式。储能系统与双向变换器的组合成为了维持微网电压稳定、削峰填谷的核心组件。针对这一背景,对具有较强双向调节能力的双有源桥变换器展开研究。采用三重移相控制,详细分析了变换器在特定工作模式下的工作过程。此工作模式适用于轻载条件,具有双向能量传输的能力。建立了相应的电流应力、传输功率和软开关特性的数学模型。基于电流应力的变化情况,提出了一种基于三重移相控制的电流应力优化策略。以电流应力为目标函数,以软开关范围和模式边界为限制条件,求解得到了最优移相比组合。该优化控制策略可以在保证软开关运行条件下减小变换器的电流应力,提高变换器的性能。最后通过实验测试验证了理论分析的正确性。     

基于周期组合序列调制的三电平双有源桥均压策略

应用在双极性直流微电网（BDC-MGs）的三电平双有源桥（TL-DAB）变换器,在匹配多类型不平衡负载运行时,输出侧正负母线电压的不平衡将影响系统稳定运行。该文首先分析不平衡负载工况时TL-DAB变换器输出侧上、下端口分电容电压的不均衡原因,并提出一种基于功率传输与电压均衡的周期组合序列调制策略。该均压策略无需附加额外电路和储能器件,仅通过改变功率传输的周期数及单周期内端口电平脉宽占比,便可实现输出侧上下端口传输功率的差额分配以达到分电容电压的均衡。仿真和实验结果表明,在上下分电容负载极不平衡工况下,相对于传统对称调制策略,该文所提均压策略可以将电压不均衡度从12%降低至1%以下。     

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。     

考虑不同软开关模式的双有源桥变换器电流应力优化方法

为了全面提高双有源桥(DAB)变换器的整体性能,在基于双重移相实现电流应力最小化的同时,对是否要确保所有开关管实现零电压开通(ZVS)进行了研究。首先建立了以传输功率为输入量的线性化大信号模型,基于该模型,可通过传输功率的直接调节实现输出电压的精准控制。以该模型为基础,通过分析4种功率模态中的软开关特性及电流应力特性,分别实现了基于完全ZVS的电流应力优化方法和基于自然软开关的电流应力优化方法。并完成了2种优化方法对于效率影响的分析和对比。结果表明,当采用开通损耗和关断损耗相近的开关器件时,确保所有开关管实现ZVS会使DAB变换器的电流应力大幅增加,进而对效率产生严重的负面影响。理论分析和实验结果均表明,自然软开关模式的电流应力优化算法能够最大程度地降低电流应力,减小损耗,提高变换器的性能。     

Modeling and Affine Parameterization for Dual Active Bridge DC-DC Converters

This article proposes a dynamic modeling and control approach for dual active bridge converters, which have attracted significant attention for its merits of bi-directional power flow and soft switching capability. Due to the non-linear nature of dual active bridges, the techniques of averaging and linearization are utilized to derive the small-signal model. The affine parameterization is then presented for designing the closed-loop system to regulate the output voltage. The effectiveness of the modeling process and closed-loop regulation is verified by experimental evaluation.     

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。     

双有源桥DC-DC变换器虚拟直接功率控制策略

动态响应特性是双有源桥(Dual Active Bridge,DAB)DC-DC变换器的一个关键指标。为了提高DAB DC-DC变换器在系统发生扰动时的动态响应速度,在单移相控制的基础上,结合直接功率前馈控制(Direct Power Feed-Forward Control,DPFFC)策略,提出了一种虚拟直接功率控制(Virtual Direct Power Control,VDPC)策略,并建立了VDPC策略下系统发生扰动时的小信号模型,该控制方法无电感、无变压器变比等电路参数参与控制,提高了控制方法的兼容性。最后,在Matlab/Simulink仿真平台上,对虚拟直接功率控制和直接功率前馈控制进行了对比仿真,仿真结果表明:在DAB DC-DC变换器输入电压和负载发生扰动时,虚拟直接功率控制方法具有更快的动态响应性能,且能保证输出电压基本不变。     

基于扩展移相的双有源桥变换器复合优化控制策略

现有双有源桥(dual active bridge,DAB)变换器的扩展移相(extended phase shift,EPS)控制优化策略存在数学模型不完整、工作模式不全面、优化目标单一、无法在线优化等问题。为此在全面分析EPS的工作模式和各模式传输功率、回流功率及电流应力数学模型的基础上,提出了一种EPS控制的回流功率和电流应力复合优化控制策略,优化目标是在保证回流功率最小的前提下优化电流应力,在分析比较不同工况下各模式性能优劣的基础上,根据优化目标选取部分模式采用有约束极值求解法得出复合最优控制路径,进而设计了EPS复合优化闭环控制器。最后,通过实验对所提控制策略进行了验证。实验结果表明,与已有控制策略相比较所提出控制策略降低了DAB变换器的回流功率和电流应力,提升了DAB变换器效率。     

双Buck/Boost集成双有源桥三端口DC-DC变换器

在传统的双有源桥变换器的基础上集成两个双向Buck/Boost电路,提出了一种双Buck/Boost集成双有源桥三端口DC-DC变换器,该变换器实现了桥臂开关管的复用,提高了功率密度。以光伏-蓄电池混合发电系统为例对该变换器拓扑进行分析,采用移相+PWM进行控制,通过控制移相角实现输入与输出端口间功率传输,通过调节占空比来匹配输入端口电压等级,以实现光伏端口的最大功率点跟踪和平衡蓄电池端口的能量传递。分析了该变换器的工作原理、稳态与软开关特性,该变换器较大程度地改善了传统移相控制下DAB在移相角较小时的软开关条件,使得在宽工作范围内能够实现所有功率开关管的软开关。最后建立300W实验样机进行方案验证。     

基于扩展移相的双有源桥变换器复合优化控制策略

现有双有源桥(dual active bridge,DAB)变换器的扩展移相(extended phase shift,EPS)控制优化策略存在数学模型不完整、工作模式不全面、优化目标单一、无法在线优化等问题。为此在全面分析EPS的工作模式和各模式传输功率、回流功率及电流应力数学模型的基础上,提出了一种EPS控制的回流功率和电流应力复合优化控制策略,优化目标是在保证回流功率最小的前提下优化电流应力,在分析比较不同工况下各模式性能优劣的基础上,根据优化目标选取部分模式采用有约束极值求解法得出复合最优控制路径,进而设计了EPS复合优化闭环控制器。最后,通过实验对所提控制策略进行了验证。实验结果表明,与已有控制策略相比较所提出控制策略降低了DAB变换器的回流功率和电流应力,提升了DAB变换器效率。     

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。     

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。