基于优化移相的双有源串联谐振变换器前馈控制策略

传统的基于单移相调制的双有源串联谐振变换器（DBSRC）在非单位电压增益下循环功率大,导致谐振电流幅值大。针对此问题,采用基波模型分析DBSRC在多重移相调制下的传输功率和谐振电流特性,利用拉格朗日函数对谐振电流幅值进行优化解析,得到基于谐振电流幅值优化的多重移相调制策略。理论结果表明,优化调制可以显著降低DBSRC在中轻载下的谐振电流大小。基于优化移相的调制方法,为了提高变换器对负载变化的动态响应,提出一种输出功率前馈的电压闭环控制策略。最后,通过仿真和实验验证了优化移相调制和输出功率前馈控制策略的可行性和有效性。     

串联谐振型DAB变换器EMI优化调制策略

串联谐振型双有源桥式(DAB)变换器(DBSRC)具有损耗小、效率高、电磁兼容性能良好等优点,常常作为储能应用中的双向DC/DC变换器的首选。然而,传统移相调制策略会导致变换器产生严重的电磁噪声,因此,此处提出了一种基于频率随机变化以改善DBSRC电磁干扰(EMI)噪声的变开关频率调制策略。通过建立DBSRC的高频等效模型,分析了DBSRC EMI噪声产生原因和传导路径,并通过变开关频率调制技术以改善DBSRC的EMI性能。仿真和实验表明所采用的变开关频率调制方法对DBSRC的EMI性能有显著的降低。与移相调制方法相比,在高频处,DBSRC的EMI噪声峰值由90 dB/μV下降到78 dB/μV。     

基于输入串联输出并联的双向全桥串联谐振DC-DC变换器系统控制策略研究

对基于输入串联输出并联(ISOP)的双向全桥串联谐振DC-DC变换器(DBSRC)系统的控制策略进行研究。采用周期平均法构建DBSRC及其ISOP级联系统的小信号模型及对应传递函数,其中各DBSRC子模块输入电压均受其他模块移相角影响。为了实现子模块输入电压的均衡,提出一种差分输入电压均压(DIVS)控制策略,该策略实现了系统控制框图中输出电压环和输入均压环的解耦控制。相比传统输入均压控制策略,该策略所需的通信数据量较少,具有较高的动态响应性能。最后,通过仿真和12kW样机的实验结果验证了DBSRC小信号模型的准确性及DIVS控制策略的有效性和优越性。     

一种混合调制型三路输出DC-DC变换器

提出一种基于LLC谐振电路和移相全桥电路的混合调制型三路输出DC-DC变换器,根据LLC谐振电路与移相全桥电路不同的调制原理,采用脉冲频率与移相混合的调制方式实现三路输出的调节。该文提出的变换器可以等效成一个输入并联-输出串联结构的LLC谐振电路和两个移相全桥电路,由于LLC谐振腔的存在,开关管可以在全负载范围内实现零电压软开通;移相全桥电路的辅助电感无需特别设计,可以减小由辅助电感引起的占空比丢失的问题。本文对提出的变换器的工作原理与工作特性进行了详细的分析,并通过一台输出功率1.4kW的原理样机,验证了所提出变换器的有效性。     

应用于电动汽车充电的变频-移相控制方法LLC谐振变换器

LLC谐振变换器有着宽输入范围,良好的软开关特性以及在谐振点降压和谐振点两侧升降压的特性,广泛应用于电动汽车,新能源以及航天系统中。本文研究了LLC 谐振变换器在电动汽车充电领域内的应用,根据电动汽车充电时的输入电压不同及充电所需电压不同,LLC谐振变换器可以在谐振点两侧及谐振点分别使用变频-移相的方式进行调节使其满足充电条件,通过对LLC谐振变换器的拓扑分析,采用了合适的调制策略和控制策略,最终使用变频+移相的控制方式让LLC变换器始终运行在电动汽车充电需求范围内,并实现了升降压以及软开关功能。最后通过Matlab/Simulink进行仿真以及实验,验证了本文研究内容的可行性。     

串联谐振型DAB变换器参数设计方案

串联谐振型双有源桥变换器(DBSRC)具有峰值效率高、开关损耗小的特点,因而被广泛应用于电力电子牵引变压器场合。针对DBSRC输出性能受参数影响较大的特点,提出一种基于开关频率、移相比及电路参数的选择方法。通过构建开关频率、移相比与输出功率的数学模型,依据计算对变换器的参数进行设计,寻找到变换器最大功率输出点。最后提高变换器整体效率。仿真和实验结果表明了所提参数选择的合理性,在合理选择变换器硬件参数后,DBSRC输出功率可进一步提升。     

移相全桥DC/DC变换器实验装置的研制

“双碳”目标驱动下新能源电动汽车迎来了新的发展机遇。为更好地帮助学生认识和理解电动汽车相关技术,基于移相全桥软开关技术设计并研制了一套宽范围输入电压和高变换效率的车载移相全桥(PSFB)DC/DC变换器实验装置。通过控制超前和滞后桥臂的导通相角差实现宽电压输入,通过谐振电感和场效应管的结电容充放电实现变换器开关管的零电压导通和关断,有效降低高频开关损耗,大大提高变换效率,此处通过理论分析设计了变换器的参数,并进行了实验验证。实验结果表明所设计变换器具有效率高、输出电压稳定的特点。该实验设备能够有效支撑新工科背景下电力电子实验教学,提高学生综合应用知识解决工程问题的能力。     

LCC谐振变换器非对称移相控制及效率优化方法

提出一种LCC谐振变换器的非对称移相控制方法。该方法采用PWM移相混合调制方式,有两个控制变量,实现了更高的控制自由度。分析LCC谐振变换器的稳态特性,包括输出功率特性、软开关特性以及谐振电流特性。分析结果表明,不同的控制变量组合能够实现同一输出功率,但会导致软开关及谐振电流特性发生变化。在此基础上提出一种效率优化策略,使谐振变换器在输出功率不变的情况下谐振电流降至最低,同时保证了软开关的实现。所提出的方法能够进一步提升LCC谐振变换器的效率。通过仿真及1.9k W样机验证了理论分析及所提控制方法的可行性和有效性。     

双有源桥串联谐振变换器的暂态过程与控制

基于移相控制的双有源桥串联谐振变换器(dual-bridge series resonant converter,DBSRC)在传输功率的快速调控过程中,移相角将发生较大的阶跃变化,导致谐振腔出现大幅度长时间的振荡过程,不仅严重恶化了变换器的动态性能,电路元件也会面临严重的过电压和过电流风险。该文首先基于基波分析法推导DBSRC暂态过程的通用计算模型,分析暂态过程中的振荡特性,精确估算暂态过程中的谐振电压峰值、谐振电流峰值以及暂态过渡时间,评估暂态过程中的过电压与过电流程度。基于暂态过程计算模型,提出一种振荡的抑制方法,使变换器在一个开关周期后能够到达新的稳定状态,有效地避免了过电压与过电流的风险,并且大幅改善了闭环控制的动态特性。最后,通过仿真与实验结果验证理论分析和所提出的控制方法。     

基于模糊PI的LLC谐振变换器混合控制研究

针对传统LLC谐振变换器用于车载充电等需宽输出电压范围的问题,研究了一种基于模糊PI的变频 移相混合控制策略。该控制策略将模糊PI和变频 移相混合控制相结合,以达到较宽输出电压范围和提高动态响应性能的目的。首先分析了LLC谐振变换器在变频模式和移相模式下的工作原理,然后分析了变换器在这两种工作模式下的增益特性,最后给出了基于模糊PI的混合控制实现方法。仿真结果验证了该控制策略的有效性。     

A new parallel ZVS converter with less power switches and low current stress components

A new direct current (DC)/DC converter with parallel circuits is presented for medium voltage and power applications. There are five pulse‐width modulation circuits in the proposed converter to reduce current stress at low voltage side for high output current applications. These five circuits share the same power switches in order to reduce switch counts. To reduce the converter size, conduction loss, and voltage stress of power semiconductors, the series connections of power metal‐oxide‐semiconductor field‐effect transistor (MOSFET) with high switching frequency instead of insulated gate bipolar transistor (IGBT) with low switching frequency are adopted. Thus, the voltage stress of MOSFETs is clamped at half of input voltage. The switched capacitor circuit is adopted to balance input split capacitor voltages. Asymmetric pulse‐width modulation scheme is adopted to generate the necessary switching signals of MOSFETs and regulate output voltage. Based on the resonant behavior at the transition interval of power switches, all MOSFETs are turned on under zero voltage switching from 50% load to 100% load. The circuit configuration, operation principle, converter performance, and design example are discussed in detail. Finally, experimental verifications with a 1.92 kW prototype are provided to verify the performance of the proposed converter. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

应用于两级式逆变的双有源串联谐振变换器二倍频波动抑制及控制参数设计

在两级式逆变器中,后级逆变器在带有单相或三相不平衡负载时会产生二倍频的瞬时功率波动,此二倍频波动会耦合进入前级直流变换器,造成前级双有源串联谐振变换器(dual active bridge series resonant converter, DBSRC)的交流谐振电流幅值出现较大的二倍频波动。考虑到DBSRC高阶模型较为复杂,提出简化的降阶一阶小信号模型。基于此简化模型,通过在电压闭环回路中串入二倍频陷波器,大范围地增加二倍频处的闭环输出阻抗,从而实现抑制前级的DBSRC的谐振电流波动。进一步,提出保证两级式逆变系统稳定的二倍频波动抑制的控制参数设计方法。最后,通过仿真和实验验证了所提出的简化降阶模型和控制系统参数设计的有效性和可行性。     

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。     

三相-单相矩阵变换器容错控制与输入电流优化

为提高三相-单相矩阵变换器(3-1MC)的供电可靠性,针对开关元件的开路故障与短路故障,研究了3-1MC的容错控制调制策略并设计了带解耦电感的容错控制拓扑。利用快速熔断器将短路故障转换为开路故障,将2种故障归结为开路故障,并对不同桥臂的开路故障控制策略进行了分析与计算。为实现输入电流的优化,提出对补偿电感进行功率解耦、中线电流补偿及退出运行等策略。通过仿真与实验对所设计的容错控制策略进行了验证,结果表明,在硬件改动较小的前提下,在不同桥臂故障下3-1MC均能维持输出电压稳定,同时输入电流的畸变较小。     

直流融冰覆冰线路全控直流融冰电源及其控制切换策略

针对现有融冰电源的状况,提出了一种新型的基于绝缘栅双极型晶体管(IGBT)斩波调压电路的电压源型换流器(VSC)功率单元级联直流融冰电源拓扑。对VSC功率单元的工作模式和级联型融冰电源的工作特性进行了分析,结合该电源的拓扑特点,提出了功率单元的单位功率因数脉宽调制(PWM)控制+6重移相斩波调压控制的新型控制组合策略。根据融冰电源的应用方法,提出了基于"一进两回"融冰接入方法的新型三相循环自动融冰控制策略,给出了切换方法并进行了详细分析,同时对直流侧故障策略进行了分析。实验结果表明,该融冰电源具有电压稳定可调、恒流输出的特性,可以有效完成自动融冰功能,电能质量参数明显优于现有其他类融冰电源。     

Realization of the powering/regenerative operation of the induction motor by the parallel resonant power converter and proposal of a novel circuit topology

A resonant power converter for the low switching loss power conversion must be achieved for high-frequency zero voltage switching or zero current switching. The important matters of the continuation of resonant phenomena are the control strategy of resonant initial current and the clamp circuit for suppressing the resonant link voltage. The control strategy of the resonant initial current is discussed and the powering and regenerative operation are shown successfully in the steady state and transient state by experimental test. Finally, a new resonant dc link dual converter system is proposed and it is confirmed that the voltage stress of the resonant capacitor and the rms value of electrolytic capacitor current are decreased with experimental test also.     

串联谐振型双重有源变换器在直流分布式系统中应用

为满足直流分布式系统间的能量调度需求,提出了一种新颖的双向DC/DC变换器--串联谐振型双重有源全桥变换器.通过对激励谐振、自由谐振和零自由谐振3种模式的分析,详细介绍了以高频谐振电流为基础传递能量的谐振变换器的工作原理.能量的双向传输是通过控制谐振电流来实现的.以不同母线间的电压差作为能量流动方向的判断依据,给出了基于谐振槽瞬时能量控制的双闭环控制方案.实验验证了串联谐振型双重有源全桥变换器工作原理分析的正确性,同时也验证了所提出的直流分布式母线问能量双向流动控制方案的可行性.研究结果表明,该变换器可双向传输能量,所有开关工作于定频、定宽状态,全程可实现零电流开关,能量传输效率高.     

Research on structure and space vector modulation of a matrix converter drive under fault mode operations

A matrix converter drive with fault-tolerant capability is presented to provide fault mode operations and improve reliability of the converter system. This paper proposes a converter structure based on the matrix converter, which can be reconfigured with the help of auxiliary devices at the event of fault occurrence. The additional devices are employed to detach a damaged leg of the converter from the drive and to bypass a load phase connected to the faulty leg. Under fault operating modes, novel post-fault modulation techniques with only six available bi-directional switches are proposed to generate three-phase balanced sinusoidal output voltage/current sets to loads. The converter reconfigurations and the associated modulation schemes are individually developed depending on a location of fault, because the matrix converter directly generates output waveforms from time-varying input voltages. As a result, no matter which phase is involved in failure, the added fault-tolerant algorithms presented can guarantee continuous operation and provide improved reliability of the overall matrix converter system. Simulation and experimental results are shown to demonstrate the feasibility of the proposed fault-tolerant schemes to the matrix converter drives.     

并网变换器电流重构模型预测容错控制

当传统并网变换器发生桥臂故障时,通过连接故障相到直流侧电容中点,重构为三相四开关容错运行结构。针对三相四开关容错变换器的交流电流传感器故障问题,提出了一种基于电流重构的模型预测功率控制方法。首先,利用采样的直流电流和正常交流传感器信息,并根据变换器电压矢量与电流关系重新构造出三相电流。其次,建立容错变换器功率预测模型,利用重构电流参与容错变换器的模型预测控制,应用使代价函数取得最小值的开关矢量。最后,搭建仿真和实验平台进行验证,结果表明所提控制策略有效,输出功率稳定,实现了并网变换器在桥臂和传感器双重故障下的容错运行,提高了系统的可靠性。     

电网故障下交流励磁双馈风力发电机变流器建模与控制

双脉宽调制(PWM)电压型变换器作为交流励磁双馈风力发电机的励磁电源,在风力发电系统得到广泛应用.电网故障时,要求网侧变换器直流链电压波动较小和转子侧变换器能有效控制转子电流,来实现发电机的不间断运行.以双PWM变换器的数学模型为依据,在电网故障时,将网侧变换器以转子侧变换器瞬时输入电流波动为附加前馈量的双环电压控制策略,转子侧变换器考虑定子磁链暂态的定子磁链定向控制策略.仿真结果表明了所提出的联合控制方案在电网故障发生和切除时能稳定控制直流链电压和转子电流,提高了DFIG风力发电系统电网故障下的不间断运行能力.