建筑直流供电交错并联 DC/DC变换器模型预测控制策略∗

在能源需求和环境保护的双重压力下,燃料电池等分布式发电技术广泛应用于建筑中提供直流电能.针对燃料电池动态响应速度较慢,输出电压具有软特性,无法应对即时负载的瞬时变化,设计出应用于建筑直流供电系统的交错并联DC/DC变换器,用于调节燃料电池的功率输出;引入模型预测控制(MPC)思想对DC/DC变换器进行控制,采用PI控制和模型预测控制相结合的方法,与传统的双闭环控制相比,模型预测控制使输出电压能够准确追踪给定值,直流母线电压超调大大减少,电感电流纹波大大减少,动态响应性能大大提高.最后通过试验证明了该控制方法的有效性.     

一种交错并联双向DC/DC变换器仿真的研究

本文提出了一种用于机电制动/发电能量循环利用的双向DC/DC变换器。该变换器不仅增益比高,而且利用了交错并联技术,电流和电压纹波明显减少。通过仿真分析证明了这种变换器的有效性。     

交错并联DC/DC变换器中集成磁件无直流偏磁控制策略研究

在开关电源中存储和传递直流功率,会在磁件铁心中产生较大的直流偏磁,限制了磁件铁心利用率和电源性能的提高。本文依据消除直流偏磁的思想,提出了利用移相控制策略消除直流偏磁的控制理论,并把该控制策略应用于双通道交错并联型Buck变换器的耦合电感,提出了两种控制方式,并分析了变换器的在两种控制方式下的工作过程,通过仿真和实验表明,集成磁件在磁路不存在气隙的结构下消除了直流偏磁,验证了该控制策略的实用性。     

交错并联磁集成双向DC/DC变换器的设计准则

双向DC/DC变换器中大功率储能电感的设计是一件困难而具有挑战性的工作,提出研究双向DC/DC变换器的交错并联磁集成理论以克服这一困难。将三相Buck+Boost双向DC/DC变换器的所有相电感集成为一个耦合电感,对磁集成后变换器运行在Buck模式下的稳态电流纹波和暂态响应速度进行深入研究,给出三相Buck+Boost交错并联磁集成双向DC/DC变换器运行在Buck模式下的设计准则,即在设计这种变换器时,应根据占空比的大小及稳态相电流纹波和暂态总输出电流响应速度的技术要求,利用该文所给出的设计公式和设计区域选择磁集成耦合电感的反向耦合系数。仿真和实验验证了理论分析的正确性。     

交错并联双向DC/DC变换器Buck模式下的耦合电感设计规则

针对目前交错并联双向DC/DC变换器中耦合电感设计规范不全面这一问题,以三相交错并联双向DC/DC变换器为例,在Buck模式下占空比在1/3~2/3范围内,研究变换器采用分立电感和耦合电感,对稳态电流纹波及暂态电流的响应速度的影响。通过对比,证明采用耦合电感具有减小稳态相电流纹波或者增大暂态总输出电流响应速度的作用,且占空比越接近1/3和2/3,耦合越强,效果越明显。给出一个耦合电感的设计规则,在这一规则下选择电感的耦合系数,既能减小变换器的稳态相电流纹波,又能提高暂态总输出电流响应速度。最后,通过实验证明了耦合电感具有提高暂态总输出电流响应速度和减小稳态相电流纹波的作用,从而证明了设计规范的正确性。     

储能用悬浮交错双向DC/DC变换器

本文提出将单向悬浮交错Boost变换器扩展到双向工作模式,得到可用于储能系统的悬浮交错双向DC/DC变换器FIBDC（floating interleaved bi-directional converter）。详细分析了该变换器在双向模式下的工作过程,推导出电压增益、功率器件承受的电压应力以及电流纹波表达式,采用共同占空比交错控制策略实现了工作电压稳定和内部子单元平衡。最后通过仿真和实验对该变换器的性能及控制策略进行验证。该变换器具有输入输出电流纹波小、电压增益高、开关管应力低以及可多相扩展等优点,适用于高压大功率场合。     

DCM模式下交错并联磁集成双向DC/DC变换器的稳态性能分析

针对目前交错并联磁集成双向DC/DC变换器工作在DCM模态下的分析不全面这一研究现状,以两相电感进行耦合的两相交错并联磁集成Buck/Boost双向DC/DC变换器为例,在轻载时关断MOS管,利用MOS管的体二极管具有单向导电的特性,避免电感电流出现负值,从而降低变换器的能量损耗,提高变换器的效率。首先深入分析了运行在Buck状态下的双向DC/DC变换器的DCM模态的稳态性能。其次,分析了变换器的工作状况转换条件,求出各模态转换的临界负载电流。并通过引入的变比与其他参数之间的关系具体分析变换器在各种工作情况(CCM/DCM)下每相相电流的变化规律,同时找出变换器的总输出电流的变化规律。最后,通过仿真和实验的具体数据验证理论分析的可靠性。     

基于非对称耦合电感的交错并联磁集成软开关双向DC/DC变换器的研究

为了解决传统双向DC/DC变换器的损耗较大和效率较低等实际问题,提出了一种将交错并联磁集成技术与软开关技术相结合的控制方法。首先,以非对称耦合电感的交错并联磁集成双向DC/DC变换器为研究实例,分析了当变换器分别运行在一、二、四相电感时的3种工作状态;然后,在每种状态下,分别讨论了电感反向电流的持续时间和死区时间,从而总结出了变换器运行在每种状态下可以实现零电压开关ZVS（zero-voltage switch）的条件;最后,通过实验验证了理论分析的正确性,证实了该设计方案的实用性。     

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。     

直流微网双向DC/DC变换器的电容电荷平衡控制策略

由微源和负载等的功率波动引起的直流母线电压波动,成为影响直流微网电能质量的重要因素。通过双向DC/DC变换器连接超级电容等储能设备,可进行功率平衡调节,以保证直流微网母线电压的稳定。为实现直流微网母线电压的快速恢复,采用了一种基于电容电荷平衡控制的复合控制策略,并推导出一系列理论方程来设计相应的复合控制器。最后通过PSIM仿真验证了复合控制策略的快速性和有效性。     

一种数字化三相双向DC/DC变换器的设计

提出了一种数字化三相双向DC/DC变换器的设计.该变换器适用于中、大功率场合,采用移相控制,具有隔离和大变比的特点,可实现大功率和高效率.在简要介绍变换器工作原理的基础上,重点介绍了监控系统串口/USB通信接口、CAN总线通信接口、Internet/局域网通信接口的设计,并介绍了监控规则、DSP软件框架和上位机监控软件...     

双向AC/DC容错变换器模型预测直接功率控制

双向交直流变换器的故障容错运行能力可有效提高其可靠性。综合考虑双向变换器直流侧电压调节及变换器容错运行控制,本文提出一种双有源桥(DAB)级联容错三相四开关变换器(FSTP)的两级式结构及其四矢量下的模型预测功率控制策略。当变换器桥臂发生故障时,前级DAB结构可提高直流电压,后级FSTP结构能够保证变换器的可持续容错连续运行。与传统无容错变换器方案相比,本文所设计的结构及控制方法能够升高直流电压且具有故障容错运行能力,保证双向交直流变换器在桥臂故障下能够持续可靠运行。通过与传统无容错变换器的仿真及实验对比,验证了本文所设计的结构及控制策略的有效性和可靠性。     

基于GaN器件大功率双向DC/DC变换器的设计与仿真

介绍了一种新的高功率双向隔离式DC/DC变换器作为高功率转换系统的主要电路.DC/DC变换器使用基于氮化镓(GaN)的功率开关器件.对10 kW GaN大功率DC/DC变换器的拓扑结构进行了优化、参数化和分析,并通过仿真和实验验证了其有效性.它由使用新型的GaN晶体管组成的两个单相全桥电路、两个输入/输出电感和一个高频...     

电池储能系统的双向DC/DC变换器控制策略研究

研究电网与蓄电池之间的电能变换接口装置,为改善变换器的性能,提出一种基于双重移相控制的电池储能系统的双向全桥DC/DC变换器。从理论上对双向全桥DC/DC变换器的工作特性进行了分析,以抑制电路中的回流功率为目标,根据系统的传输功率与高频变压器两侧的变比理论上推导最优移相控制量,简化移相控制量实现对双向DC/DC变换器实时控制,实现了被控量的稳定,传输效率的提高。最后,搭建的小功率实验样机表明:该控制策略可以有效降低功率传输中的回流功率。     

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。     

集散控制直流电源系统设计

介绍了以高频开关电源模块和铅酸免维护蓄电池组构成各独立的直流电源,以嵌入式系统芯片为控制核心,CAN总线为通信网络的集散控制直流电源系统.该系统中高频开关电源采用移相全桥零电压开关PWM变换器及高频变压器组成;中央控制器和节点控制器采用基于LPC2478的嵌入式系统,并配以人机界面;节点控制器对直流电源现场信息进行采集与控制,并通过CAN总线与中央控制器通信,以达到对直流电源的集中监视、操作、管理和对现场电源分散控制相统一的新型控制.系统的软件设计包括中央控制器和节点控制器的软件设计,软件设计是在μC/Linux环境下编写应用程序和驱动程序,驱动程序加栽到系统中通过设备注册实现;各软件模块的功能通过中断服务程序来完成.     

交直流微电网AC/DC双向功率变换器控制策略

为了实现交直流混合微电网的可靠并网,基于微电网中AC/DC双向功率变换器下垂控制策略和预同步工作原理,提出一种适用于混合微电网中连接交直流子网的AC/DC双向功率变换器的控制策略。孤岛/并网模式时采用双向下垂控制实现双向功率流动。在由孤岛模式转为并网模式时,利用消除dq轴电压偏差实现幅值与相位同步,无需通过锁相环获取相位信息,实现平滑并网。同时,针对微电网中由于不平衡负载导致的三相不平衡工况,采用正负序分别控制的方法实现了非理想工况下微电网的同步互联。仿真结果验证了该方案的可行性。     

DC/DC变换器预测模糊PID控制策略与实现

提出一种航空静止DC/DC变换器的预测模糊PID控制策略,该方法完全补偿了数字控制系统的控制延迟,极大节约了数字控制器的资源.以DSP芯片TMS320LF2407为主处理单元,双管正激电路为主功率电路,设计并调试了一台500 W的原理样机.实验结果显示,该控制器的控制效果良好,样机的性能基本达到预期技术指标.