基于前馈解耦的交直流混合微电网双向AC-DC变换器控制策略研究

作为交直流混合微电网的重要器件,双向AC-DC变换器能够实现能量的双向流动,满足混合微电网中负载波动对电能的需求,可平衡交直流母线电压。但双向AC-DC变换器的控制系统具有时变性,且非线性和耦合性较强,控制复杂,需要解决控制量间的耦合问题。本文针对这一问题展开研究,首先介绍混合微电网系统的结构,并建立双向AC-DC变换器数学模型;然后针对双向AC-DC变换器,采用交流侧电压前馈解耦方案,设计控制器并分析比例积分（PI）控制策略的稳定性;最后基于Matlab/Simulink建立系统仿真模型,以验证所提控制策略的可行性。仿真结果表明,前馈解耦控制策略下的双向AC-DC变换器具有快速的动态响应和良好的抗负载扰动性能。     

矩阵式隔离型双向AC-DC变换器控制策略

针对矩阵式隔离型双向AC-DC变换器,提出一种控制策略,即前级矩阵变换电路和后级全桥电路的调制策略以及矩阵变换器双向开关的换流方法。其中,前级矩阵变换电路的调制基于双线电压调制思路,对扇区进行重新划分,调整和优化开关状态选择,以满足简化换流需求,后级全桥电路根据前级矩阵变换电路的调制策略,配合前级调节脉冲宽度进行协调控制,双向开关换流采用基于交流电压相对大小的两步换流方法。仿真和实验结果表明,在整流和逆变模式下,矩阵式隔离型双向AC-DC变换器均能保证网侧电流正弦,功率因数接近于1,输出电压电流可以保持恒定。由此证明,提出的控制策略,可实现变换器能量双向变换,且输入输出性能优良。     

直流供电交错并联双向DC/DC变换器切换控制策略

分布式可再生能源的推广应用、节能减排的需求以及用户终端负荷特性的变化,给传统交流供电带来了巨大挑战,直流供电因其强大的节能优势受到广泛关注。作为直流供电系统的关键组成部分,DC/DC变换器对稳定性有较高的要求。目前变换器普遍采用小信号建模,建模精度不高,在面临大的扰动时系统可能变得不稳定。文中基于切换系统理论,提出一种储能交错并联双向DC/DC变换器的切换控制方法,直接对系统进行大信号建模,建模精度高。首先选取系统储能函数作为共同的Lyapunov函数并设计最优切换率,然后分析了该切换率条件下系统在切换平衡点处的稳定性,最后在Matlab中进行了仿真,搭建了基于SiC MOSFET的双向DC/DC变换器样机进行验证。实验验证了该切换控制策略的有效性。     

单周期控制的双向半桥AC-DC变换器

提出了一种改进型单周期控制的双向半桥AC-DC变换器。与普通单周期控制的变换器不能工作在逆变模式相比,所提出的变换器能稳定工作在整流模式和逆变模式,实现了能量的双向流动,并具有高功率因数的特点。介绍和分析了改进型单周期控制的半桥AC-DC变换器的工作原理,分析其稳定性条件和桥臂电容电压的平衡问题。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。     

基于双向变换器的光伏储能控制策略研究

独立光伏系统中,储能环节起到平衡功率、稳定系统的关键作用,而合理的控制策略能将储能系统与光伏阵列有机地结合起来,双向DC/DC变换器正是完成此目标的桥梁。本文在对已有的双向DC/DC变换器进行优化设计的基础上,提出了一种兼顾电池电性能与系统稳定性的储能系统控制策略。在Matlab仿真环境下搭建了带有双向DC/DC变换器的独立光伏系统模型,并对储能系统的工作情况进行仿真,验证了变换器拓扑结构与储能控制策略的合理性。     

双向功率变换器自治运行控制策略

双向功率变换器是交、直流混合微电网中的关键设备。本文在分析低压微电网下垂特性的基础上,提出一种双向功率变换器自治运行控制策略,针对交、直流母线电压性质不同的特点,根据子网电压允许波动范围,分别对其进行了归一化处理,并以交、直流子网实时负载率相同为准则,设计了双向功率变换器有功-电压控制环。为使交流子网频率稳定,在充分利用双向功率变换器剩余容量前提下,设计了变换器无功-相角控制环。仿真和实验结果表明,所提出的控制策略能够实现交、直流子网间功率双向平滑传输,维持子网母线电压及频率稳定,确保低压交、直流混合微电网自治运行。     

双向CLLLC谐振变换器的混合控制策略

以CLLLC谐振变换器为研究对象,其结构对称,正反向运行工作特性一致,利于实现能量的双向流动。使用变频加移相的混合控制策略使变换器在全负载范围内均可实现零电压开通(ZVS)和零电流关断(ZCS),具备宽泛的电压增益和较高的运行效率。详细分析了混合控制下变换器的运行状态和工作特性。最后通过1.6 kW的实验样机验证了理论分析的正确性和控制策略的有效性。     

双向直流变换器的双环解耦控制策略

此处分析了双向Buck/Boost变换器的平均状态方程,对其提出了一种可推广应用的双环解耦控制策略,总结了该控制策略的实现方法,并将其推广应用到双向Cuk电路中。讨论了双环解耦控制策略的其他形式与优化技术路线。最终以双向Buck/Boost变换器为例,通过仿真和实验验证证实了这类控制策略的有效性。     

基于零矢量嵌入的双向隔离型AC-DC矩阵变换器分段同步控制策略

针对双向隔离型AC-DC矩阵变换器,提出一种基于零矢量嵌入的分段同步控制策略.其中,前级3-1矩阵式变换电路采用对称双线电压调制法,以提高电压传输比;后级全桥电路采用互补控制,简单易实现;前后级电路之间分段同步,并通过在前级电路中嵌入零矢量以实现能量的双向传输.仿真和实验结果表明,网侧电流三相平衡正弦,功率因数接近于1,输出电压和电流平稳,纹波小,且电感电流峰峰值随直流侧电压增加呈先减小后增大的趋势,当nU o=3 U i时,电感电流峰峰值最小,即电流应力最小.由此可见,采用该文提出的控制策略可实现双向隔离型AC-DC变换器能量的双向流动,保证了良好的输入输出性能.通过与传统控制策略的仿真与实验对比,采用所提出控制策略的双向隔离型AC-DC矩阵变换器在较低输出电压范围内具有更小的电感电流应力,有助于降低器件损耗,提高变换器效率,并提升系统可靠性.     

基于PLECS的双向DC/DC变换器控制策略设计

用于连接不同电压直流微网间的双向DC/DC变换器,能够实现直流微网间能量双向流动,有利于直流微网内部能量的消纳利用。分析了用于连接不同电压直流微网间双向DC/DC变换器的工作原理,提出了一种改进PI控制新策略,并通过小信号建模分析了该控制策略的稳定性,利用PLECS仿真验证了该控制策略的有效性。     

基于矩阵整流器的直流调速系统研究

对采用矩阵式变换结构的可控整流器工作原理进行了分析研究,并将其与直流调速系统相结合,提出了基于电流空间矢量调制控制策略的矩阵整流器-直流可逆调速系统。借助Matlab软件搭建控制系统仿真模型,对系统的运行性能进行了仿真实验分析。实验结果表明基于矩阵整流器驱动的调速系统达到了良好的控制效果,系统具有动态响应快、4象限运行、能量回馈以及变换器输入侧电流正弦性好、功率因数高等显著特性。     

耦合电感式开关准Z源双向直流变换器

针对电动汽车的多源系统应用背景,本文提出一种应用于超级电容的耦合电感式开关准Z源双向直流变换器.在传统的开关准Z源拓扑基础上,通过将开关准Z源网络中的电感进行耦合,从而减小所需的总电感量与磁芯体积,进一步提高变换器的功率密度.本文对电感耦合后的开关准Z源变换器进行了运行原理及稳态分析,对所提电感耦合方案进行了理论分析与参数设计,并与分离式电感进行了比较,最后通过样机实验验证了理论分析的正确性.     

微电网磁耦合双向直流变换器控制策略

首先对多相交错并联磁耦合双向Boost-Buck变换器进行耦合电感的优化设计研究,推导出耦合电感通用设计准则,然后以两相Boost-Buck变换器Boost工作模态为例,采用小信号建模方式推演出状态变量到控制变量的传递函数,根据两相交错并联磁耦合Boost变换器的开环特性,设计出相应的补偿网络,提出基于改进电流内环控制策略的优化多项式控制理论,并设计出优化多项式控制器对系统参数加以优化整定,最后通过仿真和实验,证明所提控制策略较之传统控制方式提高了系统的稳态性能和动态特性,同时采用磁耦合电感设计有效改善输出相电流纹波峰值,提高了变换器转换效率。     

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。     

开关电感级联型高倍升压AC-DC变换器

针对电感并联充电、串联放电的升压原理,提出一种开关电感级联型高倍升压AC-DC功率变换器.通过该变换器工作原理理论分析、IR1155S芯片单周期控制理论参数计算和仿真与实验验证的方法,对该AC-DC功率变换器的功率因数校正性能、高倍升压能力进行理论分析与实验验证.研究结果表明:所研究的开关电感级联型高倍升压AC-DC功...     

用于电池储能系统并网的双向可拓展变流器及其分布式控制策略

随着储能系统规模的扩大,传统集中式变流器的结构已经无法满足其发展要求,分布式模块化的变流器结构及其控制系统成为发展趋势.提出了一种用于电池储能系统并网的双向可拓展变流器,给出它的2种拆解和拓展形式.在此基础上,分析了双向变流原理,与传统的电池储能变流原理不同,它完全通过控制电压源之间的幅值和相角差来改变功率的大小与流向,具有更好的静动态特性.针对传统集中式的控制方式,提出了双向可拓展变流器的分布式控制策略,将电网侧变流环节设计为被动功率控制,蓄电池侧变流环节设计为主动功率控制,避免了各控制器对功率调节的竞争,实现了电网侧和蓄电池侧变流环节控制系统的完全解耦,同时保证了变流器始终工作在单位功率因数的状态下.仿真与实验结果均与理论分析一致,变流器在稳态和暂态过程中都能正常工作,且达到了控制要求.     

基于AFE变换器的改进模型预测控制策略

针对有源前端(AFE)变换器电流环采用有限集模型预测控制算法(FCS-MPC),存在数字控制器计算量大,输出的电流脉动大、系统性能差等问题,本文提出了一种改进模型预测控制策略。首先通过坐标变换构建α-β坐标下有源前端(AFE)变换器的预测模型,结合电压型空间矢量变换的原理,引入扇区矢量判断法,减少最优电压矢量选择的次数。最后根据选出来的电压矢量,在一个控制周期内同时施加有效电压矢量和零电压矢量并分配相应的作用时间。该方法不但保留了传统模型预测控制(MPC)算法的快速动态响应特性,而且改善系统的稳态性能。仿真和实验结果均验证了所提的方法正确性与有效性。     

基于直接功率控制的单相AC-DC变流器控制器设计

将单相系统延迟90°得到αβ坐标系二相系统,并由此建立了单相变流器的数学模型。基于直接功率控制设计了单相变流器控制系统。提出电压外环使用二自由度PI控制器以提高控制系统的鲁棒性并降低系统启动过程中的超调量,对可能影响系统性能的采样电压进行了修正。最后基于PSCAD/EMTDC的仿真分析验证了方案的可行性。     

双向全桥DC/DC变换器新型控制策略研究

通过综合分析双向全桥DC/DC变换器初、次级的功率回流特性,建立了较为完善的回流功率模型。针对传统移相(CPS)控制存在的问题,提出了一种新型控制策略,并对其工作原理和工作模式进行了详细分析。新型移相(NPS)控制方式增加了功率调节的灵活性,同时在宽电压输入输出范围内拓宽了软开关区域,减少了系统的回流功率,降低了变换器的损耗。最后,通过一台3.5 kW的实验样机验证了新型控制策略的有效性,结果表明在新型控制策略下变换器的整体运行效率最多提高了20%。