DC/DC变换器混合逻辑动态建模与约束优化控制策略

针对电力电子电路DC/DC(直流-直流)变换器同时存在着连续动态和离散切换两种不同类型的的混杂特性,引入N步建模方法,推导出DC/DC变换器的混合逻辑动态模型,用来描述变换器的动态特性、切换规律和系统中的约束关系.在此基础上,考虑控制输入约束和系统状态约束,应用混合整数模型预测控制方法,建立以脉冲宽度调制(PWM)为控制方式的DC/DC变换器状态反馈最优控制系统.数值仿真结果表明:DC/DC变换器基于混合逻辑动态建模的可行性,及在此基础上设计的优化控制系统具有良好的动态特性,并能满足系统的约束限制.     

基于离散演化映射的DC/DC变换器混合逻辑动态建模

针对传统DC/DC变换器模型存在计算量大、进行了大量近似、不能反映电流纹波特性等不足,有机结合哈密顿原理和混杂系统理论,提出基于离散演化映射的DC/DC变换器混合逻辑动态建模方法。以Buck变换器为例,首先采用变分积分器对其进行离散化得到离散演化映射模型,然后基于混杂系统理论将CCM和DCM模式进行统一,进而得到混合逻辑动态模型。结果表明,所建立模型计算量小、精确度高,能完整描述系统的各个工作状态且能反映电感电流纹波等动态特性,为DC/DC变换器建模方法提供了新的思路。     

双线性DC/DC变换器混杂建模与优化控制

Boost、Buck-boost和Flyback等DC/DC变换器的连续时间状态空间模型实际上是由一组双线性微分方程来描述的,这类变换器控制的主要难点在于双线性项的处理和变换器所固有的混杂特性。对此,提出了一种针对这类DC/DC变换器的混杂建模和优化控制方法。该方法首先将开关周期等分为多个子周期,并通过迭代推导出变换器在开关周期内的离散时间状态更新函数。然后将双线性项在整个状态-输入空间内进行分段线性化处理,从而建立变换器的混杂模型。以Boost和Buck-boost DC/DC变换器为例,分别建立了其混杂模型,并进行了优化控制。最后通过实验对比分析了两种DC/DC变换器的优化控制效果,从而验证了该方法的通用性、有效性和优越性。     

单相并网逆变器前级交错并联DC/DC变换器的研究

对燃料电池/太阳能单相并网逆变器中的前级升压DC/DC变换器进行研究,详细分析了交错并联DC/DC变换器的电路拓扑和工作原理,推导了其系统平均模型,在此基础上将电压调节器设计成典型的超前—滞后网络,确保了系统的稳定性和动态性能。用DSP实现控制器算法和PWM信号生成,简化了硬件设计,给出了系统总体结构和控制器的DSP具体实现。实验结果验证了理论分析和控制策略的有效性。     

直流供电交错并联双向DC/DC变换器切换控制策略

分布式可再生能源的推广应用、节能减排的需求以及用户终端负荷特性的变化,给传统交流供电带来了巨大挑战,直流供电因其强大的节能优势受到广泛关注。作为直流供电系统的关键组成部分,DC/DC变换器对稳定性有较高的要求。目前变换器普遍采用小信号建模,建模精度不高,在面临大的扰动时系统可能变得不稳定。文中基于切换系统理论,提出一种储能交错并联双向DC/DC变换器的切换控制方法,直接对系统进行大信号建模,建模精度高。首先选取系统储能函数作为共同的Lyapunov函数并设计最优切换率,然后分析了该切换率条件下系统在切换平衡点处的稳定性,最后在Matlab中进行了仿真,搭建了基于SiC MOSFET的双向DC/DC变换器样机进行验证。实验验证了该切换控制策略的有效性。     

一种并联输入并联输出的宽范围双向隔离DC/DC变换器

目前,DC/DC变换器广泛应用于新能源发电、电动汽车以及锂电池化成分容等领域。针对低压大电流双向功率传输应用场合,提出了一种输入并联输出并联的宽范围双向隔离DC/DC变换器。该变换器由2个相同的两级式DC/DC变换器组成,前级采用高效率LLC谐振变换器作为直流变压器,以实现电气隔离;后级采用交错式Buck/Boost变换器,保证宽范围电压输出和高动态性能。所提变换器能够实现功率的双向传输,且采用了一种功率方向改变时,无需进行功率流向判断与开关逻辑切换的调制策略,简化了系统的控制策略并提高可靠性。设计了1台3 kW的实验装置,实验结果验证了所提变换器及其控制方法的可行性和有效性。     

DC/DC变换器并联运行的研究

对DC/DC变换器并联运行情况下变换器结构、控制技术和变换器对直流微电网的影响进行了研究,并对提出的DC/DC变换器结构、控制方案和并联运行进行了试验。结果表明,此并联运行的DC/DC变换器结构和控制方案是可行的。     

DC/DC变换器神经网络控制策略的研究

神经网络控制是一种性能卓越的控制策略,神经网络具有出色的知识抽取与学习能力及较强的控制鲁棒性。将神经网络控制策略引入DC/DC变换器,基于BP神经网络,构造了一种DC/DC变换器的新型控制方法。以Buck变换器为例,为其设计了神经网络控制器,对其性能进行了仿真研究,并与传统的PI调节器的性能进行了比较。仿真结果表明,在输入电压或负载有快速波动的情况下,神经网络控制系统比PI调节器具有更好的动态响应特性。     

开关电源模块并联供电系统设计

对DC/DC并联供电模块电流能按任意比例分配电路拓扑和数学模型进行了研究。设计其一DC/DC变换器模块为电压闭环自动控制系统,另一DC/DC变换器模块按电流源性质设计闭环自动控制系统。对采用这种DC/DC变换器模块的并联系统建立了动态小信号数学模型,根据建模的结果设计了补偿网络。对DC/DC并联供电模块电流分配策略进行了详细的分析,仿真和实验结果验证电路拓扑及控制策略的正确性。     

DC/DC变换器神经网络控制策略的研究

神经网络控制是一种性能卓越的控制策略,神经网络具有出色的知识抽取与学习能力及较强的控制鲁棒性.将神经网络控制策略引入DC/DC变换器,基于BP神经网络,构造了一种DC/DC变换器的新型控制方法.以Buck变换器为例,为其设计了神经网络控制器,对其性能进行了仿真研究,并与传统的PI调节器的性能进行了比较.仿真结果表明,在输入电压或负载有快速波动的情况下,神经网络控制系统比PI调节器具有更好的动态响应特性.     

一种基于CSC-VSC的DC/DC换流器及其控制策略

在能源互联网建设中,DC/DC换流器是实现不同直流电压等级的可再生能源并网的必要环节,引起了广泛的研究。DC/DC换流器的体积、成本、动稳态性能和故障性能是其广泛应用的限制因素。为此,提出了一种并网端采用有源电流源换流器、分布式能源端采用电压源换流器的front-to-front混合DC/DC换流器,其中CSC和VSC交流侧采用高频率正弦波调制。所提出的基于CSC-VSC的混合DC/DC换流器具有体积小、成本低、可穿越直流短路故障等优点。通过对混合DC/DC换流器数学模型的分析,提出了换流器参数设计方法,给出了换流器运行范围约束。再提出了一种适用于混合DC/DC换流器的综合控制策略,其中CSC采用有功无功闭环控制、VSC采用交流电压幅值闭环控制。利用RTLAB半实物仿真平台分别对混合DC/DC换流器额定运行工况和直流短路工况进行了实验研究,结果验证了所提混合DC/DC换流器拓扑和控制策略的合理性和有效性。     

基于混杂自动机的双向DC/DC变换器建模与控制

双向DC/DC变换器具有实现能量变换的双象限运行特性和多模态的混杂特性。现有模型主要采用平均模型和精确模型,前者忽略了高频动态特性,后者计算量过大,且均未考虑其混杂特性。针对上述问题,建立了双向DC/DC变换器各工作模态的连续状态微分方程,在此基础上基于混杂自动机理论建立了能对其完整描述的混杂自动机模型,基于混杂自动机模型完成了控制算法设计。运用Matlab/Stateflow对该控制算法进行仿真,结果表明混杂自动机模型计算量适中、精确度高、反映了系统的高频动态特性,完整地描述了系统的各个工作模态,兼顾了CCM模式和DCM模式,基于混杂自动机模型的控制算法简单且效果良好,具有实际应用价值。     

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。     

交直流混合电网HV DC运行控制特性初探

在南方电网正在形成含有多馈入直流输电系统的交直流混合电网的背景下,对换流器模型的建模方法和适应 性进行了讨论。本文介绍实际直流工程的控制方式和功率调节方法,并介绍稳定分析中实际直流系统的建模方法,同时分 析交直流系统相互作用特性及其复杂性及提出若干亟待解决的重要问题。     

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。     

模拟直流电机调速特性的双向DC/DC变换器虚拟直流电机控制策略

传统虚拟直流电机VDCM(Virtual DC Machine)控制策略未考虑直流电机转速动态调节问题,不能够在直流母线电压变化瞬间起调节作用。对此,提出一种模拟直流电机闭环调速的储能侧双向DC/DC变换器新型VDCM控制策略。对直流电机与双向DC/DC变换器在数学模型和控制策略上进行联系等效与差异剖析,模拟直流电机定转子绕组间的电磁感应作用,将直流电机动态数学模型嵌入P-U下垂控制中,使其兼备电压动态调节能力和惯性阻尼特性。对采用新型VDCM控制策略前、后的作用效果进行对比,仿真和实验结果表明该控制策略能够在提升母线电压动态调节特性的同时,增强惯性调节和阻尼效果,在负载切换或分布式发电单元输出功率波动时维持直流微电网稳定运行。     

基于R-S-T控制的复合电源双向DC/DC变换器设计

为了提高复合电源双向DC/DC变换器工作过程中的动态特性,提出一种用于三通道交错并联双向Buck/Boost变换器的R-S-T控制策略。分析该变换器在Buck/Boost模态下工作过程,建立了交流小信号模型并得出控制变量到状态变量的传递函数,在此基础上设计了双向DC/DC变换器的R-S-T控制系统。相较于传统的PI控制,R-S-T控制策略具有更好的动态和稳态响应特性,最后运用Matlab/Simulink软件对该变换器系统进行仿真。结果表明,基于R-S-T控制的复合电源双向DC/DC变换器具有响应速度更快,超调量更小,鲁棒性更强的特点。     

一种风光互补发电系统中双向DC/DC变换器研究

介绍一种应用在风光互补发电系统中的双向DC/DC变换器.该双向DC/DC变换器除了具有对蓄电池充放电实现有效控制,延长蓄电池的使用寿命等特点外,该双向DC/DC变换器的最大优点是提高风光互补发电系统的运行效率,以及对能量的智能管理.双向DC/DC变换器承担系统的能量传递工作,因此有效并合理地控制双向变换器是实现该系统诸多优点的核心.在实验室通过一实验样机验证了其正确性和合理性.     

基于扰动观测器的孤立交直流混合微电网双向AC/DC换流器电压波动控制策略研究

针对孤立交直流混合微电网中双向AC/DC换流器在外界扰动下出现电压波动的问题,设计了一种应用于双向AC/DC换流器的母线电压扰动观测器,以实现在分布式电源出力和负荷功率变化等外界扰动情况下对系统扰动量的快速跟踪,且无需增加额外的电压或电流传感器,保证了交直流混合微电网内分布式电源和负荷的即插即用功能。进一步地提出了基于扰动观测器的孤立交直流混合微电网双向AC/DC换流器电压波动控制策略,以有效抑制暂态电压波动和冲击,提高了孤立混合微电网在不同扰动下的动态响应性能和鲁棒稳定性。在PSCAD/EMTDC平台上搭建了孤立交直流混合微电网仿真模型,通过在不同暂态过程下的仿真测试验证了所提方法的有效性和正确性。