应用于直流配电网的双向全桥直流变换器比较分析

对电容缓冲式直流变换器采用死区时间移相控制。通过比较分析电容缓冲式直流变换器与非缓冲式直流变换器的开关特征,得出了缓冲电容对高频环节波形特征、功率传输特性以及回流功率特性的影响,并推导了可以统一描述这2种不同拓扑结构的传输功率表达式与功率因数表达式,进而得出两者之间的联系与区别。对缓冲电容的取值进行了理论分析,提出缓冲电容的选取方法。仿真与实验结果表明了理论分析的正确性与控制策略的有效性。     

基于双重移相控制的双向全桥DC-DC变换器动态建模与最小回流功率控制

通过分析双重移相控制下双向全桥DC-DC变换器的软开关约束条件及功率传输特性,提出了满足软开关条件的基于最小回流功率的双重移相控制策略,建立了双重移相控制下变换器的动态小信号模型。最后,通过实验样机,分析了基于最小回流功率双重移相控制策略的变换器动态和稳态特性,对动态模型和最小回流功率控制策略进行了验证。实验结果表明了采用基于最小回流功率控制对提高变换器效率的有效性。     

基于移相控制统一模型的双有源桥DC-DC变换器基波环流优化控制策略

为充分利用双有源桥DC-DC变换器的容量,减小无功功率,提升工作效率,提出一种基于变换器移相控制统一模型的基波环流优化控制策略。通过引入基波移相比对变换器的所有移相控制方式进行统一描述,并采用傅里叶分解法建立全桥交流电压及电感电流的统一模型。该统一模型降低了多控制变量下变换器多模态分析的复杂性,适用于不同移相控制的所有工作模式,具有普适性。基于频域分析法和功率因数角,构建变换器传输功率及无功功率的统一数学模型。在此基础上,提出考虑无功基波分量的环流优化控制策略,并对传导损耗进行建模与分析。该策略简单有效,能够很好地减小变换器无功功率和改善系统效率,更有利于工程实际的应用。搭建了实验平台,对比了所提基波环流优化控制策略与传统移相控制方式下变换器的功率因数及变换效率,仿真和实验结果验证了理论分析的正确性和所提控制策略的可行性。     

双向直流隔离变换器功率回流的分析及消除

双向隔离全桥DC-DC变换器在直流微网等场合被广泛应用,传统单移相和双重移相控制使得变换器中出现功率回流现象。为消除双向变换器的回流功率,提出一种电感电流过零控制策略。建立双向变换器的功率传输模型,分析电感电流过零控制原理和变换器的工作状态,并设计电感电流过零控制系统。基于FPGA搭建硬件实验平台,验证了所提控制策略消除回流功率的有效性。     

基于扩展状态平均法的隔离型多端口移相全桥双向直流变换器建模研究

建立了一种用于混合储能系统的隔离型多端口双向直流变换器的数学模型。通过星-网变换建立了移相控制下直流变换器多端口网型等效电路,通过扩展状态平均法建立了N端口变换器在电感电流连续时的状态平均模型和小信号模型,并分析了各端口之间传输的功率。仿真比较了不同端口数下变换器的模型输出和拓扑输出,并以三端口变换器为例,分析了移相比扰动下的模型和拓扑电路的动态响应。结果表明,提出的多端口直流变换器的数学模型能够准确反映移相控制下多端口变换器的稳态性能和动态性能,且对于不同端口数量的直流变换器具有普遍适用性。     

基于双重移相控制的双向全桥DC-DC变换器最小回流功率分段优化控制

双向全桥DC-DC变换器以其重量轻、高功率密度、能量双向流动等优点成为直流微电网中不可或缺的一部分。但双向全桥DC-DC变换器在传统的单重移相控制下存在回流功率和电流应力等问题,尤其当输入电压和输出电压不匹配时,回流功率和电流应力会显著增加。针对输入电压和输出电压不匹配的情况,该文提出了一种双向全桥DC-DC变换器在双重移相下的最小回流功率控制策略。该控制策略通过对回流功率进行分段优化,得到了变换器在不同传输功率范围下的最优移相角。通过将所提控制策略和传统的双重移相控制进行对比分析,发现该文所提控制策略具有更小的回流功率和电流应力,提升了变换器的效率。最后基于所提控制策略搭建了实验样机,实验结果验证了控制策略的正确性和有效性。     

一种新型的双向全桥直流变换器控制策略

隔离型双向全桥直流变换器在传统移相控制策略中,存在功率回流现象,并且由于变换器特性参数不一致将使得变压器初级产生直流分量而导致偏磁问题。提出了一种新型的PWM加移相控制策略,完全消除了功率回流和偏磁现象。给出了偏磁抑制过程,对隔离型双向全桥直流变换器运行时各模态进行了运行特性分析,并在Psim软件中对其进行建模仿真。仿真结果表明,将新型PWM加移相控制策略应用于隔离型双向全桥直流变换器中,能对直流偏磁以及功率回流进行有效抑制,证明了所提出方法的正确性和可行性。     

双重移相控制的双主动全桥变换器全局电流应力分析及优化控制策略

为了减小双主动全桥(DAB)变换器的功率损耗,考虑全局范围内不同传输功率及输入输出电压调节比,提出一种双重移相电流应力优化控制策略,通过分段优化两侧全桥内移相角和桥间外移相角,保证变换器全局范围内电流应力最优。首先对比分析传统单移相、扩展移相和双重移相传输功率特性,得出双重移相功率传输范围及灵活性优势明显,进一步建立双重移相控制所有运行模态的电感电流应力与电压调节比、传输功率及移相角之间的数学关系。在此基础上,推导得出所有模态下变换器工作在最优电流应力状态的移相角条件,并研究优化控制策略的实现方案。搭建5kW实验样机,进行全功率范围内应力与效率对比实验,实验结果验证了所提控制策略的可行性和优越性。     

基于扩展移相控制的双向有源桥变换器回流功率优化

为了更好地将分布式电源与负荷接入直流配电网,并提升功率传输效率,针对双向有源桥(dualactivebridge,DAB)变换器的运行控制,研究其回流功率的优化控制技术策略。建立基于扩展移相控制的DAB变换器的传输功率与回流功率数学模型,详细阐述回流功率的产生机理,在传输功率特性中引入电路的回流功率特性。其次,分析不同电压转换比下,回流功率与传输功率的耦合关系,提出DAB变换器的回流功率最优控制模型。搭建DAB变换器的实验样机,分析最优回流功率控制下的变换器工作特性,对比研究不同控制策略下DAB内部的回流功率,验证了所提回流功率最优控制模型的有效性。     

新型多端输入光伏并网系统运行控制策略

提出一种基于双主动全桥(DAB)变换器多光伏阵列并列输入、级联逆变输出的高频隔离型光伏并网系统。分析了DAB变换器的功率传输能力,设计了其移相控制策略;针对各输入端光伏阵列光照强度不同带来的功率不平衡问题,基于dq解耦控制数学模型,设计了级联多电平DC/AC变换器的调制量补偿控制策略,实现了各直流端电压的平衡控制。在PSCAD/EMTDC中搭建了4.5 MW/10 kV光伏并网模型进行仿真,仿真结果验证了系统结构的可行性以及所提控制策略的有效性。     

级联式双向DC-DC变换器的优化控制方法

级联式双向DC-DC变换器的传统双闭环比例-积分(PI)控制方法存在调节器参数多、整定工作量大等不足,而且受限于PI控制的内在局限性,系统的动态性能不够理想。针对级联式双向DC-DC变换器的实际控制需求,综合考虑传统双闭环PI控制和模型预测控制的各自优势,将二者有机结合,构建了一套折中优化的控制方法,即在第一级双向DC-DC变换器中采用传统双闭环PI控制,而在第二级双向DC-DC变换器中设计并实现改进的模型预测控制策略。将提出的优化控制方法与传统双闭环控制和经典模型预测控制分别进行了仿真和实验比较。结果表明,相对于传统的双闭环控制,采用提出的优化控制方法可以显著改善级联式双向DC-DC变换器的动态性能,而相对于经典的模型预测控制,该优化控制方法运算量减少了45.22%。     

双向全桥DC-DC变换器基于电感电流应力的双重移相优化控制

通过分析双向全桥DC-DC变换器采用单移相和双重移相控制的工作原理,推导出了两种控制方式下变换器电感电流应力与传输功率、输入与输出电压调节比及移相角比之间的数学关系。为了有效降低变换器电流应力,针对不同的传输功率及电压调节比,通过寻优求得使电感电流应力达到最小的最优移相角。据此提出一种双向全桥DC-DC变换器双重移相优化控制策略,在实现输出电压闭环控制的同时使变换器电流应力达到最小。采用该优化控制策略,双重移相控制的电流应力始终小于单移相控制,并且当变换器工作在轻载且电压调节比较大时,该优化控制策略的优势更加突出。搭建了实验样机,对理论分析进行了验证,并与传统单移相控制进行了对比。实验结果验证了所提出最优控制策略的有效性与可行性。     

A novel soft-switching PWM dc-dc converter with high-frequency transformer link and its open-loop regulation characteristics

In the practical requirement for high efficiency, high power density, and high performance in switched-mode power supplies and their related application systems, a variety of circuit topologies of dc-dc converters incorporating soft-switching PDM, PFM, and PWM control schemes have attracted special interest in low-power and high-power applications. Some types of quasi-resonant soft-switching PWM converters have remarkable advantages, such as lowered switching losses of power semiconductor devices, reduced dynamic electrical stresses, constant-frequency operation, simple control schemes, and reduced EMI noise. However, most soft-switched quasi-resonant PWM converters developed so far include some inherent problems which must be solved, such as reduced power conversion efficiency due to significant circulating current generation. In recent years, a newly modified prototype soft-switched PWM dc-dc converter with a high-frequency transformer link has been proposed, which is capable of excluding circulating current operation mode. This paper presents a novel high-frequency transformer link soft-switching PWM dc-dc converter using active switches in the rectifier circuit. Its operating principles and unique features are described and compared with previously developed dc-dc converters. The operating performance of this converter in the steady state is illustrated and discussed, including simulated analytical and experimental results. © 1997 Scripta Technica, Inc. Electr Eng Jpn, 119(3): 81–93, 1997     

一种新型的零电压零电流转移DC-DC变换器

提出了一种新型的零电压、零电流转移DC-DC变换器，即通过采用两条辅助谐振网络实现了全部主、辅开关管的软开关，主开关管实现了零电压零电流开通、零电压零电流关断，开关管电压电流应力小，辅助开关管实现了零电流通断，特别适用于以IGBT作为开关器件的高电压大功率场合。并以其在Boost变换器的应用为例分析了它的工作原理，软开关实现条件，给出了谐振参数的设计方法，该软开关设计思想可以推广到其它基本的DC-DC变换器中。电路仿真和实验结果验证了所提出的方案是可行的。     

电压型超导储能系统统一非线性控制策略

传统的电压型超导储能系统采用电压型换流器和斩波器分别进行建模和控制的方法,这种控制方式未考虑两者之间的相互影响,协调性能较差.文中建立了电压型超导储能系统的整体数学模型,并在此基础上提出了基于李亚普诺夫直接法的统一非线性控制方法.这种控制方法使得系统在大信号干扰下的稳定性大大提高,同时由于将电压型换流器和斩波器视为一个整体进行控制,两者的协调性得以加强,因此可以采用更小的直流连接电容连接.在斩波器的脉宽调制控制中,采用了载波移相法,提高了等效开关频率,有利于开关管功率的平均分配.系统仿真证明了该控制策略的有效性.     

车用金卤灯电子镇流器研究

该文提出一种低频方波工作的高性能车用金卤灯电子镇流器，该镇流器由带耦合电感的DC／DC升压变换器和低频方波DC／AC逆变器组成，效率高，开关应力小，无声共振。通过选择合理的控制量，探索出了适用于车用金卤灯的控制规律，使得电子镇流器的输出特性与金卤灯的动态特性相匹配：提出一种新型的恒功率控制策略，保证MH灯在不同电源电压和灯电压下输出功率基本不变；巧妙利用主电路整流器件构造高压脉冲触发电路，使车用MH灯能瞬时快速启动；给出了主要电路参数的计算方法。实验结果验证了所提出的方案是可行的。     

级联式电力电子变压器混合脉宽调制谐波分析及均衡控制

针对基于级联H桥及隔离双向DC/DC变换器的电力电子变压器,提出一种混合工频和高频调制的混合脉宽调制(HPWM)策略。基于波形合成原理及双重傅里叶积分方法,对5电平级联H桥HPWM输出电压频谱表达式进行了理论推导,并与载波移相调制时输出电压谐波特性进行对比。结果表明HPWM输出电压波形仅含有基波与载波边带谐波,在不增加谐波总畸变率的同时可降低系统开关频率。为解决HPWM时各模块开关模式不对称造成的中间直流电压不均衡问题,提出一种前级级联H桥采用开关函数轮换控制与后级隔离双向DC/DC变换器电压反馈加前馈控制相结合的子模块均衡控制策略,有效确保子模块功率及电容电压处于相同的动态变化范围。仿真和实验结果验证了HPWM谐波分析的正确性及所提控制策略的有效性。     

应用于配电网三端柔性互联的三角形交交变换器

针对配电网三端柔性互联,提出了一种三端口三角形交交变换器.首先,介绍了三端口三角形交交变换器的电路拓扑,其与三端口背靠背模块化多电平换流器相比桥臂数量减少了一半.然后,分析了三端口三角形交交变换器的工作原理,建立其数学模型,并采用相量图法研究其运行特性.之后,结合柔性多状态开关的应用需求设计了控制策略,利用第3个桥臂的电流调节特性,在满足输出馈线功率需求的基础上,实现了2条输入馈线上的功率灵活分配.最后,采用仿真验证了所提出的三端口三角形交交变换器拓扑和数学模型的正确性及其控制策略的有效性.     

无额外直流储能元件的串联型电能质量控制器新型控制策略

对电压幅度暂变的最大补偿时间是串联型电能质量控制器(series power quality controllers,SPQC)重要性能指标。若没有额外直流储能元件,传统的同相位控制或能量优化控制只能提供有限的补偿时间。该文对SPQC提出一种新型控制策略,它在负载电压控制的同时,自动地从电源吸收部分有功功率来补偿其系统损耗,从而提高最大可补偿时间;甚至在没有额外直流储能元件时还具有持续补偿能力。采用负载电流相量为参考相量的新型相量图表示方法,使得SPQC系统内各相关变量之间的关系更加清晰简单。在电源电压幅度暂变和额定状态,分别对系统进行相应的相量图分析,得到采用这种新型控制策略的定量补偿电压幅度、可完全补偿的最大程度电压暂低以及系统的功率流动方式。根据系统能量平衡关系,提出该新型控制策略的一种简单统一实现方法。计算机仿真和原型实验验证了所得结论。     

适用于对称故障仿真的特高压柔性直流换流站动态相量建模

随着多项特高压柔性直流工程投运,建立高效而准确的模型用以研究特高压柔性直流换流站运行特性很有必要。为此提出了基于模块化多电平换流器的特高压柔性直流换流站的动态相量解析模型,该模型能准确描述稳态及发生对称故障时特高压柔性直流换流站的动态特性。首先通过研究高低端换流器交直流侧的相互作用关系,重新建立了多换流器与交直流系统的接口模型。然后结合考虑内部谐波特性的换流器模型,建立了特高压柔性直流换流站的动态相量解析模型。通过对已建立动态相量模型中交流侧状态空间方程的修正,进一步扩展了其在交流系统发生对称故障下的适用性。最后基于PSCAD/EMTDC中的电磁暂态仿真模型,验证了所建模型在稳态和故障下的正确性和高效性。