直流变换器虚拟电容电流前馈控制策略

建立了Boost变换器带恒功率负载时控制系统的小信号模型,分析了影响母线电压稳定的相关因素,证明了增加直流母线电容有利于提高直流母线电压稳定性,针对该结论对Boost变换器提出一种虚拟电容电流前馈控制策略。小信号模型分析、仿真和实验结果均表明这种控制策略能有效抵消恒功率负载负阻抗特性对母线电压稳定性的影响,有利于提高驱动系统功率稳定输出范围。     

分布式供电系统中负载变换器的输入阻抗分析

直流分布式供电系统由多个子系统组合而成,子系统之间的相互作用容易导致系统稳定程度和动态性能降低,甚至于不稳定。通常,恒功率负载具有的负阻抗输入特性是导致级联系统不稳定的主要原因。该文针对直流变换器在恒功率负载的情况下,以分布式供电系统中负载变换器的输入阻抗作为标准化研究的对象。该文以分布式供电系统中常见的同步整流Buck变换器为例,详细分析了变换器的输入阻抗随功率等级、开关频率和控制方式变化时的规律。并进一步通过实验验证了理论分析的正确性。实验结果为将来制定出Buck类DC-DC模块的输入阻抗的标准打下基础。     

基于虚拟阻尼补偿的恒功率负载系统控制方法

电动机负载广泛存在于各个工业领域,其闭环控制对前级功率系统表现为恒功率负载(constant power loads,CPL)特性,即负阻抗特性,给系统带来了稳定性的影响。针对基于前置BUCK变换器的电动机驱动系统稳定性问题进行了研究。首先对基于前置BUCK变换器的电机驱动系统进行了建模,分析了影响系统稳定性的机理,在此基础上提出了一种基于虚拟阻尼补偿的控制策略,这种方法可以在不增加系统损耗的前提下有效抑制负阻抗特性对直流母线电压的影响,并给出了补偿系数的设计流程。仿真和实验证明这种方法提高了系统稳定性,增加了电机驱动系统稳定带载的能力。     

Bi-DC/DC变换器带恒功率负载稳定性分析

针对直流微电网中储能装置接口Bi-DC/DC变换器带恒功率负载时的稳定性问题进行了研究。基于状态空间平均法,建立Bi-DC/DC变换器小信号模型,采用母线电压外环和电感电流内环相结合的双闭环控制策略来抑制直流母线电压的波动并设计控制器参数。利用阻抗比禁止区判据进行稳定性判定,并分析了线路滤波参数、负载功率和母线电容对变换器级联后稳定性的影响,得出规律性结论。仿真结果验证了理论分析及控制方法的有效性。     

一种基于对称SCC结构的电流源型高频谐振功率变换器

在高频交流配电系统中,高效优质的电源侧功率变换具有重要意义。电感–电容–电感(inductor-capacitor-inductor,LCL)谐振逆变器是一个与负载无关的高频恒流源,能为高频配电系统实现优质高效的电源侧功率变换。但是变换器元件参数的差异以及输入的扰动使得其很难总是保持稳定的恒流状态。基于此,该文提出一种新型的基于对称可控开关电容(switched-controlled capacitor,SCC)结构的LCL谐振变换器,实现可控的恒流源输出。该文首先详细的阐述了SCC结构的分段工作周期和谐振等效电容的计算,求解得到开关占空比与等效电容的关系曲线。然后,通过等效电容与归一化角频率的关系进一步得到占空比D控制的电流增益H的计算公式及特性曲线,从而通过对占空比的控制实现对扰动的精确补偿,实现精确的恒流输出。最后,设计了一台小功率的SCC结构LCL谐振变换器样机。仿真和实验结果表明,该SCC-LCL谐振变换器能提供可控的恒流源,并同时保持较高的转换效率。     

基于负载变流器控制带宽的直流系统稳定性分析

针对负载变流器经线路聚合至共母线直流系统后，其线路电感与负载变流器输入滤波电容构成的LC振荡环节落入负载变流器控制带宽内，从而导致整个共母线直流系统发生非预期失稳的现象，提出了负载子系统自稳性判据。首先，建立了负载侧计及线路影响的恒功率负载模型，研究了负载变流器控制带宽对共母线直流系统稳定性的影响。然后，确定了负载变流器的控制带宽选取范围，使得计及线路影响的恒功率负载阻抗在LC振荡频率处的阻尼为正，进而确保整个共母线直流系统稳定。最后，硬件在环仿真的实验结果验证了负载变流器控制带宽对系统稳定性影响理论分析的有效性。     

Cuk变换器在独立光伏发电系统抗扰性优化中的应用

在蓄电池／超级电容混合储能独立光伏发电系统中,为了减小系统体积及提高系统抗扰性,采用单向Cuk变换器代替传统Boost变换器实现光伏电池最大输出功率点追踪,采用双向Cuk变换器代替传统Buck／Boost双向变换器连接储能系统与直流母线。系统仿真分析结果表明,当光伏电池输出功率波动及负载发生突变时,在稳定母线电压及平抑负载功率波动方面,Cuk变换器均有明显优势。     

利用DBVC构造虚拟电阻的级联功率变换器稳定控制技术

针对在级联功率变换器系统中由于高带宽控制的负载侧变换器具有一定的恒功率负阻抗特性,因而可能导致级联系统直流母线电压振荡,并严重影响到整个系统的控制性能和稳定运行的问题,从通过增强级联侧直流母线阻尼来抑制电压振荡的角度出发,提出一种将并联于级联侧直流母线的母线电压补偿装置(DBVC)控制为电阻性的虚拟负载的控制策略及其设计方法。利用级联变换器系统中前后级变换器的输出/输入阻抗,分析和比较了引入所述控制策略前后级联侧直流母线电压稳定性的变化情况。仿真和实验结果表明,所提出的控制方法能够有效抑制级联侧直流母线电压的振荡,可以显著改善整个级联系统的控制性能。     

具有快速动态响应的大功率脉冲负载电源设计与实现

电流型脉冲负载一般呈宽频段、脉冲变化特性,该特性对供电系统的稳定性提出了更高的要求。当脉冲负载直接接入供电母线后,其负载瞬时功率与负载电流一样呈现脉冲特性,会引起母线电流波动过大的问题。为了平衡瞬时功率差,本文提出采用双向变换器来补偿由脉冲负载特性造成的母线电流波动过大的问题,解决脉冲负载与供电电源的适应性问题。提出一种基于电容电压谷值检测的自适应电流反馈控制方法,该方法适用于脉冲负载的频率和功率任意变化。通过建立其动力学模型,分析了参数设计对于变换器稳定性的影响。最后,制作一台实验样机,验证了所提出方案的可行性。     

带恒功率负载的有源阻尼Boost变换器的研制

以带恒功率负载的Boost变换器系统为研究对象,通过状态空间平均法对Boost变换器进行建模,确定恒功率负载造成系统不稳定的原因,引入有源阻尼,在控制电压端减去相关系数与输入电感电流的乘积,等效于给电感串连电阻来补偿恒功率负载的负阻抗特性,得到有源阻尼与电压外环相结合的控制策略。实验结果表明该方法能有效地解决恒功率负载引起的不稳定性问题,并且使系统具有良好的动态性能。     

直驱永磁同步发电机最大功率控制的研究

通过研究永磁同步发电机转速与DC-DC转换器中占空比的关系,提出一种基于调整DC-DC转换器的占空比实现最大功率点跟踪的方法。针对在最大功率点附近由于占空比不稳定导致输出功率振荡的现象,采用一种在最大功率点附近变占空比步长的方法,并在Matlab/Simulink下进行建模仿真,验证此方法能使风力发电机快速达到最大功率点。     

Boost变换器带恒功率负载状态反馈精确线性化与最优跟踪控制技术研究

分析了Boost变换器带恒功率负载的特性，推导出系统传递函数并得到系统稳定运行条件。采用状态反馈精确线性化技术对系统进行控制。根据Boost变换器带恒功率负载的特点，将最优跟踪技术应用于精确线性化控制中，得到系统非线性控制律。用SABER软件对得到的控制律进行了仿真。仿真结果表明：精确反馈线性化结合最优跟踪可以对Boost变换器带恒功率负载系统进行有效的控制，使系统具有理想的稳态特性和动态响应，在电源及负载大范围变化时，保证系统的稳定运行，满足不同类型负载的要求，具有大信号稳定特性。     

高功率因数三相单管Boost PFC变换器

三相单管Boost功率因数校正(power factor correction,PFC)变换器具有开关管零电流开通、二极管无反向恢复、开关频率恒定、控制简单、成本低等优点,适用于中低功率场合。但在工频周期内占空比恒定,尤其在输入电压较高时,输入电流谐波含量较大、功率因数(power factor,PF)相对较低。分析三相单管Boost PFC变换器的PF值。在此基础上,提出变占空比控制的方法,从而降低输入电流谐波、提高PF值。为了简化电路实现,进一步给出一种拟合占空比的方法。与定占空比控制相比,所提方法还具有输出电压纹波小和效率高等优点。完成一台3kW的原理样机,进行实验验证,实验结果验证了理论分析和参数设计的正确性。     

嵌入式微机与PWM联合控制的脉冲电源研制

为了使高频直流脉冲电源的输出参数可调,从而使电源能更好地适应负载大范围变化的工作状况,将嵌入式单片机控制技术与PWM调制芯片SG3525相结合,成功研制了一种可变频率输出直流脉冲电源.该电源利用SG3525芯片调节和控制直流脉冲的电压,利用嵌入式微机C805IF330GM控制脉冲的频率和占空比,使电源输出直流脉冲的频率、电压和占空比均大范围连续可调.实验结果表明,所研制的高频直流脉冲电源电压稳定度小于0.3%,且电源具有参数可调节范围宽、稳定性好、结构简单的优点.     

电力电子系统集成技术发展的若干新思路

分析了电力电子系统集成的基本要求和特点,从电路拓扑如何适应电力电子系统集成的角度出发,探索性提出了电力电子电路拓扑发展的3个新思路。为了提高拓扑的宽范围输入输出能力,提出了改善占空比调节特性的思路,从占空比的有效范围和有效占空比对输入输出变化的调整能力两个方面改善了拓扑性能。为进一步提高拓扑的宽范围适应性,提出了变结构的柔性变流器思路,并给出了拓扑切换的控制思路。为了兼容低端和高端场合的应用,实现电源的可升级功能,提出了模块可扩充性部件的思路。对于每个思路都代表性地提出了一些实施例。     

高压直流输电系统低功率运行的无功控制策略

当高压直流输电系统低功率运行时,受换流站接入点谐波性能和交流滤波器设备性能限制,投入的交流滤波器提供的无功功率在满足站内无功消耗外可能仍有大量剩余,导致大量剩余无功送入交流系统,使得换流站及附近厂站的电压容易偏高,继而影响到电网的安全稳定运行。文中提出一种充分利用换流器自身无功调节能力的换流站无功控制策略,该策略在有功输送不受影响的前提下,以直流电压为控制量,以换流站无功交换量为反馈量,通过改变直流电压参考值来对换流器的无功消耗进行定量控制,可有效抑制换流站过剩无功对交流系统电压的影响。该无功控制策略解决了现有直流工程中低功率无功优化功能由于开环控制无法对无功功率进行精确控制的问题。PSCAD/EMTDC和实时数字仿真器(RTDS)中的仿真结果验证了该方法的正确性和鲁棒性。     

电动汽车混合储能装置三端口功率变换器设计

针对电动汽车混合储能装置功率分流问题,在三端口变换器拓扑结构基础上提出了能量型储能装置采用电流闭环、功率型储能装置采用电压闭环的控制系统。首先以双输入单输出模态建立该拓扑结构的状态空间模型,分析了功率电路的占空比-电感电流传递函数、占空比-输入电流传递函数和占空比-输出电压传递函数。其次设计了电压闭环控制器和电流闭环控制器,在保证母线电压稳定的前提下,可实现输出功率在功率型储能装置和能量型储能装置之间的精确分配。最后通过实验验证了控制系统在模拟HWFET工况和阶跃负载工况下的输入输出动态响应、电压控制精度和功率分流效果,其结果有利于实现混合储能装置功率精确分流。     

含恒功率负荷直流微电网的状态反馈电压振荡控制技术

扰动发生后新能源发电和恒功率负荷侧换流器在现有功率控制模式下所表现出的负阻抗特性,会大幅增加直流电压振荡失稳的风险.为此,首先针对直流电压振荡失稳的问题,推导含恒功率负荷两端直流微电网的小扰动线性化状态方程.其次,结合各状态变量的参与因子,选取振荡电流、电压作为可调节控制参数,将其分别引入储能换流器与恒功率负荷换流器的占空比反馈环节中,提出基于状态反馈的多端直流电压振荡控制方法.然后,利用根轨迹、Bode图分析附加状态反馈电压振荡控制技术后的直流微电网稳定裕度的变化规律,为控制参数设计提供依据.最后,搭建时域仿真系统,验证了所提出的控制方法可有效抑制直流微电网的电压振荡,显著提高系统的动态稳定性.     

三相应急电源和并联型有源滤波器复合系统

提出了一种集三相应急电源(EPS)和并联型有源滤波器(APF)一体的复合系统.该系统应用双向PWM变换器,采用DSP数字控制技术,可以实现两方面的功能,即对负载的应急供电和对来自非线性负载的谐波和无功电流补偿.分别阐述了电路结构和控制策略两方面,计算机仿真初步证实了该系统的可行性.