基于切换系统的储能节能系统双向DC-DC变换器建模与控制

吸收利用制动状态电机回馈再生电能已成为电机系统节能的重要途径.采用超级电容储能的节能系统,能够通过回收电机制动时的再生能量实现系统节能.本文通过分析超级电容储能节能系统结构,得出储能系统等效电路;在此基础上建立了用于储能节能系统的双向DC-DC变换器切换系统模型,构造系统的Lyapunov函数,并以此推导出系统切换控制律.在储能和放电两种工况下的仿真结果表明,系统能够完全吸收并利用电机回馈再生电能,保持直流母线电压稳定,实现系统节能.     

多电池组储能系统双向DC-DC变换器的研制

介绍了多电池组储能系统中常用几种电池充放电变换器的主电路拓扑和工作原理,并对与电池连接的双向DC-DC变换器的控制策略进行了研究.研制了一台由3路双向DC-DC变换器和1路双向PWM变流器构成的电池充放电系统,功率为120 kW,能满足3路电池的独立充放电要求.在锂电池储能系统中的实验结果表明,研制的双向DC-DC变换器,具有电池充电、电池放电、孤岛运行和电池互充放电等多种功能,而且充电电流纹波电流小于0.5%,波形平滑,可适用于多组,宽范围电压的电池组的充放电要求.     

多电池组储能系统双向DC-DC变换器的研制

介绍了多电池组储能系统中常用几种电池充放电变换器的主电路拓扑和工作原理,并对与电池连接的双向DC-DC变换器的控制策略进行了研究。研制了一台由3路双向DC-DC变换器和1路双向PWM变流器构成的电池充放电系统,功率为120 kW,能满足3路电池的独立充放电要求。在锂电池储能系统中的实验结果表明,研制的双向DC-DC变换器,具有电池充电、电池放电、孤岛运行和电池互充放电等多种功能,而且充电电流纹波电流小于0.5%,波形平滑,可适用于多组,宽范围电压的电池组的充放电要求。     

适用于储能系统的准Z源模块化多电平双向DC-DC变换器的设计与控制

为了解决传统模块化多电平变换器应用于储能系统中存在的问题,该文提出一种新型阻抗源模块化双向功率变换器。该变换器将双向准Z源与半桥子模组相结合,构成阻抗源子模组。双向准Z源的引入改变了模块化多电平变换器的能量转换模式,使得系统能够以降压形式进行能量存储,以升压方式进行能量释放,从而解决了传统变换器在母线电压瞬时升高时的过电流问题。此外,双向准Z源可提高半桥变换器的输入电压,从而减少串联模组数量,有助于简化系统控制结构,提升系统可靠性。该文详细分析了变换器的子模组工作原理、调制方法,并设计了系统控制策略,通过搭建的储能系统物理实验平台进行了有效验证。理论分析及实验结果表明所提变换器相较于传统模块化多电平变换器更适用于储能系统应用。     

基于混杂系统的DC-DC变换器建模与控制

电力电子电路作为开关型切换系统，其连续时间变量与离散事件相互混杂、相互作用，因此也是一个混杂系统。运用混杂系统的相关理论，给出了对二阶DC/DC变换器在连续工作模式(continuous current mode，CCM)下统一的混杂系统模型。运用Lyapunov直接法分析系统稳定性，根据稳定条件，提出了一种新型的类滑模控制策略，并以Boost电路为例进行了仿真和实验研究，验证了该方法的有效性，同时提出了改进措施，以满足实际应用需要。因此，与传统的状态空间平均法相比，基于混杂系统理论构建的模型中没有线性近似处理，理论上可以得到比较精确的模型，实现对电力电子电路进行更好的分析与控制。     

应用于储能系统的双向DC-DC变换器研究

分布式能源的开发和应用日益广泛。本文采用了直流侧含有储能单元的交直流分布式电源(DG)统一模型,针对分布式电源大多具有间歇性、易波动的特点,利用直流侧储能单元平抑能量波动,以提高供电的稳定性和供电质量。储能单元通过两相交错并联Buck-Boost型双向DC/DC变换器接入直流母线,针对传统两相并联DC/DC电路易出现的电感电流纹波较大、两相间电流不均衡问题,提出了一种新的移相均流控制策略。最后搭建了5kW实验样机,通过实验验证了理论的正确性。     

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。     

基于超级电容的双向DC-DC变换器控制研究

针对轨道交通1 500 V系统再生制动能量利用,研究了基于超级电容储能的输入串联多相并联双向DCDC变换器的控制及其系统能量管理策略。采用输入串联、多支路并联的拓扑结构降低了功率器件电压应力和电流应力及减小了无源滤波器件的体积,同时降低了1 500 V系统对储能元件超级电容的耐压及模组均压控制的要求,使得系统的可靠性更高。针对该拓扑结构的特点,结合工程实际应用,考虑超级电容容值参数差异性及大内阻的特点,以超级电容的能量利用最大化为优化目标,对其充放电过程中超级电容电荷状态误判及系统输入输出侧均压控制策略进行了优化设计。最后通过仿真和实验验证了所提控制策略的有效性。     

基于切换线性系统的DC-DC变换器矩阵系数多项式描述模型

该文将DC-DC变换器视为一类典型的混杂动态系统,即切换线性系统,引入切换线性系统的一种新的数学建模方法——矩阵系数多项式插值建模法对基本的DC-DC变换器进行建模。建立了DC-DC变换器线性切换系统的连续部分与离散部分联系的显式描述形式,得到一个离散变量与连续变量直接相互作用的数学模型。该矩阵系数多项式模型从某种程度上更深入地揭示了DC-DC变换器切换线性系统的运行本质,并且对系统的性能分析产生一定的作用。稳态分析和瞬态闭环仿真的结果均验证了该新型模型的实用性。     

用于电池储能装置的双向DC-DC变换器设计

针对传统方法由两个单向DC-DC变换器构成的电池储能装置,存在效率较低、功能少、重量较大、电路复杂等问题,设计了一个双向DC-DC变换器可实现对锂电池高效率的恒流充电和恒压放电。主控单元以STC12C5A 60S2单片机为核心,采用同步整流Buck-Boost电路,驱动部分以IR2104为中心控制功率MOS管。恒压充电范围1～2 A,电流步进值不大于0.1 A,电流控制精度不低于5%,充电效率大于95%;恒压放电电压30±0.5 V,放电效率大于90%;充放电过程可程控转换,具有过充保护功能。实验结果表明,整个设计样机实现电路简单,充放电效率高,重量不超过500 g,具有一定的实际应用价值。     

基于高斯混合分布的混合储能电动汽车DC-DC变换器的优化设计

结合超级电容与锂电池优势的混合储能系统(Hybird Energy Storage System,HESS)能大幅提高储能系统的各项性能.半主动HESS中的DC-DC变换器需要工作在剧烈变化的负载功率和输入电压下,以单一工况下性能评价的变换器设计难以找到实际负载条件下的最优方案.基于此,本文提出了基于实际负载分布下功率...     

飞轮储能系统双向准谐振软开关DC-DC变换器的研究

飞轮储能因其具有高效、节能、清洁等诸多优点,是未来重要的储能电源形式之一。虽然已有部分飞轮储能系统产品问市,但是大功率飞轮储能系统仍然处于研究之中。本文介绍了一个开发中的应用于大功率飞轮储能系统的双向准谐振软开关DC-DC变换器,有效实现了开关管的零电压开通和零电压关断。其突出的优点在于,结构精简及较低的开关损耗,在确保飞轮储能系统快速充放电的基础上,降低了整套系统的电磁干扰(EMI)水平。     

一种基于超级电容器组串并联切换的储能系统

为满足内燃-直线发电集成动力系统(Internal Combustion-Linear Generator Integrated Power System,ICLGIPS)能量的双向高效流动要求,提出了一种储能系统,采用超级电容器组串并联切换技术和优化设计的双向DC-DC功率变换器(Bi-directional DC-DC Power Converter,BDPC)相结合,实现了低电压值等级电源供电的可变电压系统的设计理念,电源电压和系统电压可以独立变化,使得系统电压可随不同动力装置的需要而改变。新系统可实现双向升、降压变换四种模式的能量控制策略,大大增加了电机的调速范围和可实现能量回馈的速度范围。利用超级电容器组串并联切换技术,实现了电压大范围变化条件下的BDPC的电压比被控制在理想范围内,提高了功率变换和传输的效率。仿真结果和部分实验结果验证了新系统设计的正确性和控制策略的有效性,能量流效率较好地满足了系统的要求。     

基于能源路由器的隔离双向DC-DC变换器研究

介绍了隔离双向DC-DC变换器的工作原理,分析系统容量与连接电抗之间的关系,给出高频变压器的参数选择设计方案。结合该变换器的控制特点以及蓄电池充放电的要求设计出有效的移相控制策略。在PSCAD中建立仿真模型,分析该变换器作为能源路由器的一部分在各种工况下的运行状态。仿真结果验证了设计方案的正确性和可行性。搭建了一套样机,在样机上得到了较为理想的实验波形。     

双向直流变换器控制方法

双向直流变换器配合蓄电池或超级电容等化学储能元件应用在具有直流母线支撑的系统中时,其主要控制目标为结合储能元件的荷电状态实现负载的稳定工作。当负载功率大于主供电功率时,控制储能元件释放能量以满足负载功率需求;当负载功率小于主供电功率时,控制储能元件吸收能量以避免母线电压上升。归纳和总结了现有的双向控制方法,详细分析了储能系统中变换器两端均为直流源的应用场合时双向直流变换器的双向切换原理,重点研究了采用带有方向信息的电感电流平均值作为电流内环、直流母线电压作为电压外环的双向控制方法。针对该控制方法中存在的母线电压波动和电池频繁充放电的问题,阐述了相应的优化措施。     

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。     

双向DC-DC变换器的控制模型

双向DC-DC变换器在不同的功率流向时，存在不同的控制模型。有学者认为，对于能量双向流动的闭环系统，单电压环补偿不能实现闭环稳定工作，而状态反馈可以实现闭环稳定。该文以Buck／Boost双向DC-DC变换器为例构建试验平台，通过双向控制模型的分析，采用PID补偿环节的单电压闭环实现了BDC系统闭环稳定，并进行了试验验证，试验系统的稳定和良好动态性能说明该文分析正确。     

DC-DC变换器的最小投影法切换律

采用分段线性系统分析方法,DC-DC变换器的稳定性研究和控制器设计变得十分简单和有效。为此,该文建立DC-DC变换器的切换线性系统模型,引入切换线性系统投影法的概念,提出最小投影法切换律的控制策略。具体论述了DC-DC变换器实现无源控制与全局稳定性的切换律设计方法与步骤,并针对该切换律与平衡点相关的特点,在设计中进行平衡点的补偿以提高切换律的鲁棒性与收敛率。此外,为解决最小投影法切换律存在的滑模问题,还进行适合于DC-DC 变换器的延时切换器设计。仿真和实验结果表明该文提出的最小投影法切换律在实际DC-DC变换器中具有普遍适用性。     

基于多模式控制的储能用双向Buck-Boost DC/DC变换器

由于各种分布式能源的大量接入，电网需要加入储能单元以平抑潮流的波动。储能系统中，为了在宽输入、输出电压范围的情况下实现高效双向电能转换，探讨一种基于多模式控制的双向Buck-Boost DC/DC变换器。当输入电压显著高于输出电压时，变换器工作在Buck模式，采用谷值电流控制。当输入电压显著低于输出电压时，变换器工作在Boost模式，采用峰值电流控制。当输入电压接近输出电压时，变换器工作在Buck-Boost组合模式，采用移相控制来实现平滑过渡。为了实现高精度的输出和快速的动态响应，控制环路采用二型补偿器。通过Buck模式和Boost模式小部分重叠工作的方式，消除了传统Buck-Boost变换器在模式切换时存在的断续现象。制作的1 kW实验样机具有97.5%的峰值效率以及Buck模式与Boost模式平滑切换的特点。     

基于DSP的燃料电池车用双向DC-DC变换器的研究

给出了燃料电池电动汽车动力系统配置方法,提出一种适合车用的大功率双向DC-DC变换器主拓扑结构,详尽分析了其工作原理。为了达到能量的双向平滑流动,提出一个状态切换逻辑单元来实现有效控制,并给出具体的切换方法。设计了一台额定功率为5kW的双向DC-DC变换器装置,系统采用高速高性能微处理器DSP-TMS320F243作为控制核心,对电路参数的设计和元器件的选择做了详尽的阐述。实验结果证明系统具有优良的性能,可以有效应用于电动汽车和分布式电站以及储能系统等领域。