基于开关序列的光伏储能双向DC-DC变换器预测电流控制方法

在光伏储能系统中,负荷和分布式电源的波动以及投切等因素会引发直流母线电压产生波动,为了改善系统的输出性能,进一步提高系统的稳定性,提出一种基于开关序列的光伏储能双向DC-DC变换器预测电流控制策略,采用预测电流控制器取代传统的电流环PI控制器及调制环节,有效地提高了系统的快速性和稳定性。通过引入开关序列近似实现定频控制,解决了传统预测电流控制方法因开关频率不固定导致的电流纹波较大问题。实验结果表明基于开关序列的光伏储能双向DC-DC变换器预测电流控制策略能够有效改善蓄电池电流纹波、抑制直流母线电压波动,提高光伏储能系统的动态性能和抗干扰能力。     

基于电感电流反馈的双向DC-DC变换器下垂控制

该文以直流微网中广泛应用的双向DC-DC变换器为研究对象,提出基于电感电流反馈的下垂控制策略。首先,分析传统基于并网电流反馈的双向DC-DC变换器控制算法的工作原理;然后,分析传统电压外环-并网电流内环的双闭环和电压外环-电感电流内环的双闭环DC-DC变换器控制系统的稳定性,在此基础上,提出一种基于电感电流反馈的双向DC-DC变换器下垂控制方法,并对其稳定性进行分析;与传统下垂控制策略相比,所提算法在保证变流器本体稳定性的同时,能有效实现输出功率自动均衡,达到下垂控制的目的;最后,通过实验测试验证了所提算法的有效性和正确性。     

三电平双向DC-DC变换器的模型预测控制方法

针对传统双闭环控制动态响应慢、PI控制器控制参数选择困难的缺点,提出采用模型预测控制(MPC)方法对三电平双向DC-DC变换器进行控制。该方法通过预测模型的建立和目标函数的最小化两个环节实现对控制目标性能的优化。对传统PI控制和模型预测控制搭建仿真模型,仿真结果显示模型预测控制方法可以使直流母线电压超调量控制在0.25%以内,使蓄电池充放电电流波动范围控制在0.1%以内,由此证明模型预测控制方法可以更好地实现直流母线电压的稳定,优化蓄电池的充放电过程。同时,采用模型预测方法控制三电平双向DC-DC变换器可以实现中点电压的自平衡。     

基于矢量作用时间的永磁同步电机预测电流控制

针对以电压源逆变器(VSI)馈电的永磁同步电机(PMSM)驱动系统,提出一种基于矢量作用时间的预测电流控制策略。从拓展有限控制集和改变最优电压矢量选择方式的角度出发来改善系统的稳态性能。首先通过加入虚拟电压矢量的方式拓展有限控制集,并依据在每个扇区内各矢量对d轴电流增、减作用的不同来优化有限控制集。其次令下一时刻的预测电流值等于其期望值,从而可获得每个矢量作用时到达d、q轴电流期望值的矢量作用时间。利用各矢量的作用时间来衡量其对d、q轴电流的作用效果,以此代替传统预测电流控制中的电流预测环节。并依靠矢量作用时间来选择最优电压矢量,这样可以有效解决占空比调制环节难以有效发挥作用的问题。最后通过实验对所提算法的可行性与有效性进行了验证。     

考虑母线电压稳定的双向DC-DC变换器模型预测电流控制∗

针对氢燃料电池汽车在负载突变情况下动态响应慢、直流输出电压不稳定等问题,提出一种交错并联双向 DC-DC变换器(BDC)方案及一种考虑母线电压稳定的改进模型预测电流控制方法.首先对BDC变换器工作原理进 行详细分析,得出传递函数并对传递函数进行z 变换.然后考虑系统电压、电流跟踪情况对成本函数进行优化设计, 通过求解最优控制变量实现提高系统响应速度和降低输出电流纹波以及平衡母线电压的控制目标.MATLAB/Simu- link仿真及４５kW 样机实验对比显示,PI控制与所提出的控制方法响应时间分别为0.05s、0.01s,电压超调分别为 12.5V、1.5V,表明所提出的控制方法能很好地改善系统动态响应和输出性能.     

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。     

基于功率补偿的DC-DC变换器电流应力控制方法

针对双有源桥DC-DC(dual active bridge,DAB)变换器中存在较大的电流应力现象,提出一种基于功率补偿的电流应力改进控制方法。通过建立DAB的电流应力、传输功率与相移量之间的函数关系,利用拉格朗日乘数法建立电流应力的优化数学模型,从而推导出最优占空比组合,降低电流应力至最小值。通过引入一个虚拟分量对传输功率进行实时补偿控制,以满足系统在输入、输出突变情况下的快速响应能力,提高DAB的动态特性。最后,通过搭建Matlab/Simulink仿真模型进行验证,通过仿真结果表明：基于功率补偿的电流应力优化控制方法的动态响应特性和ZVS特性明显优于传统控制方法,且在减小电流应力的同时也降低了回流功率,进一步验证了优化控制方法的正确性和优越性。     

一种双向隔离三电平DC-DC变换器电流有效值最小控制方法

针对双向隔离DC-DC变换器在传统"两电平H桥结构+移相控制"模式下进行功率传输所导致的开关器件承受电压应力大、变换器传输效率低等问题,提出一种"双边三电平半桥结构+电流有效值最小控制策略"方案。该方案将H桥结构替换为三电平半桥结构并在传统移相控制的基础上增加对变压器漏感电流有效值的控制,降低了变换器损耗和开关器件承受的电压应力并提高了变换器的传输效率。根据隔离变压器漏感电流有效值表达式与零电压开关条件,对电感电流有效值最小控制方法的控制曲线进行了详细推导,并根据该控制曲线设计了基于可编程逻辑器件的控制核心。采用新型Si C MOSFET开关器件搭建了物理实验平台。实验结果表明在所提方案的作用下开关器件所承受的电压应力、变换器损耗和变换器传输效率都得到了较大的改善,验证了理论分析的正确性和所提方案的可行性。     

多重化双向DC-DC变换器电流纹波分析

在电能变换装置中,通过并联DC-DC变换器来增大功率是常见的方法;而其电流纹波对装置的体积和重量有重大的影响.在时域内依据单个DC-DC变换器和多重化双向DC-DC变换器电流波形特征,在单个DC-DC变换器电感电流连续状态下导出了多重化双向DC-DC变换器与单个DC-DC变换器电流的脉动率比与占空比的定量表达式;在频域内分别对单个DC-DC变换器和多重化双向DC-DC变换器在单个DC-DC电感电流连续、断续状态下的电流利用Fourier级数展开,导出了电流各次谐波幅值与占空比的定量表达式.定量表达式和仿真结果均表明,多重化双向DC-DC变换器与单个DC-DC变换器相比,电流纹波及其谐波明显减小.这些定量表达式为大功率DC-DC变换器拓扑结构和工作点的选择提供依据.     

多重化双向DC-DC变换器电流纹波分析

在电能变换装置中,通过并联DC-DC变换器来增大功率是常见的方法;而其电流纹波对装置的体积和重量有重大的影响。在时域内依据单个DC-DC变换器和多重化双向DC-DC变换器电流波形特征,在单个DC-DC变换器电感电流连续状态下导出了多重化双向DC-DC变换器与单个DC-DC变换器电流的脉动率比与占空比的定量表达式;在频域内分别对单个DC-DC变换器和多重化双向DC-DC变换器在单个DC-DC电感电流连续、断续状态下的电流利用Fourier级数展开,导出了电流各次谐波幅值与占空比的定量表达式。定量表达式和仿真结果均表明,多重化双向DC-DC变换器与单个DC-DC变换器相比,电流纹波及其谐波明显减小。这些定量表达式为大功率DC-DC变换器拓扑结构和工作点的选择提供依据。     

三管推挽双向DC-DC变换器电流应力优化控制*

为提高三管推挽双向全桥变换器运行效率,提出了一种峰值电流应力优化控制策略。首先,分析了TPBFC变换器扩展移相控制(Extended Phase shift Control,EPS)下的基本运行模态,推导了系统传输功率与峰值电流应力表达式。进一步,采用拉格朗日函数构建了变换器传输功率与峰值电流应力的约束模型,推导了各运行模态下满足峰值电流应力最小的移相比组合。在搭建的500 W样机上的实验表明,采用所提出的方法使变换器峰值效率提升了2%。     

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。     

双向有源全桥DC-DC变换器电流源模式的快速动态响应控制方法

电流源在电池充电系统中有着广泛的应用,而变换器的动态特性是能量转换系统的一个重要指标。该文以双向有源型全桥DC-DC变换器作为研究对象,以单相移控制为例,以提高变换器工作在电流源模式时的动态性能为目标,提出一种基于输入电压前馈的输出电流控制方法。并且分析该方法对电感参数的依赖性以及控制系统的稳定性。最后在基于TMS20F28335控制器的实物试验台上对所提出的基于输入电压前馈的输出电流控制方法和传统输入电压前馈控制进行对比验证。实验结果表明:在输入电压突变时,输出电流基本保持不变,显著的提高了变换器对输入电压变化的动态性能;在负载突变和给定突变时,变换器的响应速度是传统输入电压前馈控制的2倍,并且对电感参数偏差不敏感。     

推挽DC-DC变换器平均电流控制研究

该文为提高推挽变换器的电流稳定性和系统可靠性,通过分析了DC/DC推挽变换器的工作原理,在此基础上建立了小信号数学模型.并施以电流型双环控制策略,有效的提高系统的动态响应和保护能力.给出了推挽变换器的控制系统的设计过程,并进行了仿真和实验研究,结果表明针对推挽变换器,双环控制策略具有良好动态和静态控制性能.     

开关DC-DC变换器电容电流脉冲序列控制

提出一种电容电流脉冲序列(CC-PT)控制技术。与传统脉冲序列(PT)控制技术不同,CC-PT控制技术通过采样电容电流与预设高、低基准电流比较,得到两组频率相同、占空比变化的高、低功率控制脉冲。以CC-PT控制Buck变换器为例,阐述了其工作原理,分析了其控制特性。理论分析与实验结果表明,CC-PT控制技术采用电容电流作为内环反馈,限制了电感电流纹波的变化范围,有效抑制了低频振荡,减小了变换器输出电压纹波。实验结果表明,CC-PT控制连续导电模式(CCM)开关变换器同样具有PT控制瞬态响应速度快的优点,且具有比PT优越的稳态特性。     

基于矢量作用时间的新型预测转矩控制

为了获得期望的转矩和磁链幅值,文中推导了电压矢量作用下的两种最优矢量作用时间。借助矢量作用时间,提出一种无需权重系数整定的新型预测转矩控制(predictive torque control,PTC)算法。新型算法利用矢量作用时间衡量电压矢量对转矩和磁链的作用效果,代替了传统PTC中的转矩和磁链幅值预测环节,并将价值函数中的转矩和磁链幅值误差项分别替换为两种矢量作用时间,进而使价值函数仅包含时间这一量纲,从而避免了权重系数的整定问题。同时,依靠矢量作用时间选择最优矢量可以有效避免占空比调制环节在传统PTC算法中难以发挥作用的问题。新型算法将虚拟矢量与占空比结合,并对有限控制集进行优化,在减少了备选矢量的前提下获得更多的矢量方向和长度选择,提高了控制性能。实验结果表明该文算法具有更好的转矩和磁链控制性能。     

双向DC-DC变换器基于切换系统的建模与储能控制

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。通过分析储能节能系统结构,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,构造了系统的Lyapunov函数,通过Lyapunov函数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电能,保持直流母线电压稳定,实现系统节能。     

三端口隔离双向DC-DC变换器模型预测控制技术

为提高直流微电网中三端口隔离双向DC-DC变换器的动态性能,针对三有源桥(TAB)DC-DC变换器,该文提出一种模型预测控制(MPC)策略。考虑TAB变换器各端口的控制目标,基于移相控制和平均值模型建立TAB变换器离散化预测模型,通过MPC问题最优求解设计预测控制器,以实现端口间的解耦控制效果。进一步分析系统参数偏差对MPC策略控制效果的影响,设计抑制稳态误差的TAB变换器MPC控制方案。基于TMS320F28335+FPGA_XC6SLX16的双处理器控制内核搭建TAB样机,实验结果验证了该文所提方法的有效性,且具有更快的动态特性及端口功率解耦运行能力。     

基于安排过渡过程的新型双向DC-DC变换器PID控制

双向DC-DC变换器被广泛应用在电动(混合动力)汽车、不间断电源系统、新能源(太阳能、燃料电池等)发电系统、电子负载等领域。传统双向DC-DC变换器采用PID控制,但常因初始时间内控制力过大而出现超调现象。针对储能系统鲁棒性及稳定性设计一种基于安排过渡过程的新型双向DC-DC变换器控制方式。在利用辨识法获得变换器二阶线性模型后,使用PID控制器和安排过渡过程的PID控制器对双向DC-DC变换器进行电压电流控制的仿真和实验。实验结果表明,安排过渡过程可在变换器初始运行阶段消除输出超调量,一定程度上减缓系统超调量与调节时间之间的矛盾。