双向全桥DC-DC变换器基于电感电流应力的双重移相优化控制

通过分析双向全桥DC-DC变换器采用单移相和双重移相控制的工作原理,推导出了两种控制方式下变换器电感电流应力与传输功率、输入与输出电压调节比及移相角比之间的数学关系。为了有效降低变换器电流应力,针对不同的传输功率及电压调节比,通过寻优求得使电感电流应力达到最小的最优移相角。据此提出一种双向全桥DC-DC变换器双重移相优化控制策略,在实现输出电压闭环控制的同时使变换器电流应力达到最小。采用该优化控制策略,双重移相控制的电流应力始终小于单移相控制,并且当变换器工作在轻载且电压调节比较大时,该优化控制策略的优势更加突出。搭建了实验样机,对理论分析进行了验证,并与传统单移相控制进行了对比。实验结果验证了所提出最优控制策略的有效性与可行性。     

基于双重移相控制的双向全桥DC-DC变换器最小回流功率分段优化控制

双向全桥DC-DC变换器以其重量轻、高功率密度、能量双向流动等优点成为直流微电网中不可或缺的一部分。但双向全桥DC-DC变换器在传统的单重移相控制下存在回流功率和电流应力等问题,尤其当输入电压和输出电压不匹配时,回流功率和电流应力会显著增加。针对输入电压和输出电压不匹配的情况,该文提出了一种双向全桥DC-DC变换器在双重移相下的最小回流功率控制策略。该控制策略通过对回流功率进行分段优化,得到了变换器在不同传输功率范围下的最优移相角。通过将所提控制策略和传统的双重移相控制进行对比分析,发现该文所提控制策略具有更小的回流功率和电流应力,提升了变换器的效率。最后基于所提控制策略搭建了实验样机,实验结果验证了控制策略的正确性和有效性。     

基于DPS的双有源桥DC-DC变换器回流功率优化控制

针对双有源桥(DAB)DC-DC变换器进行回流功率优化研究,在运用传统双重移相控制(DPS)进行调制,变压器两侧的输入电压跟输出电压不匹配时,回流功率会显著增大。提出一种双重移相的多目标优化控制方法,对双重移相控制的工作原理进行分析,推导出对应的输出功率和回流功率的关系式,以此搭建数学模型,并基于该模型对回流功率进行优化;以KKT作为条件,针对回流功率的最小化问题,解出内外移相角的最优组合;为了迅速改变当前的传输功率,通过虚拟电压补偿方法来实现,从而达到优化系统回流功率的目标;通过MATLAB/Simulink仿真对该方案与传统SPS(单移相控制)方案、传统DPS方案进行对比分析,验证了该方案的有效性及优越性。     

能量路由器中双有源桥直流变换器多目标优化控制策略

为提升能量路由器中双有源桥(DAB)变换器的传输效率,同时改善系统的动态特性,该文提出一种基于扩展移相的输出电压模型预测控制与梯度下降算法实现回流功率优化的混合控制策略。首先,建立DAB变换器在单移相和扩展移相控制下的传输功率数学模型,分析回流功率产生机理,并推导扩展移相控制下的输出电压状态空间平均化方程;其次,在DAB变换器输出电压模型预测控制基础上提出基于梯度下降算法的回流功率优化策略。搭建小功率实验样机,并与传统单移相控制进行对比,实验结果证明了该文所提控制策略的有效性及正确性。     

降低双有源桥DC-DC变换器回流功率的双移相控制策略

为减小双有源桥DC-DC变换器中的回流功率,对双有源桥DC-DC变换器进行数学分析,推导回流功率与传输功率、电压转换比的关系。针对传输功率的大小进行分段优化,得出各范围内的最优移相角,从而提出一种能减小双有源桥DC-DC变换器回流功率的改进双移相控制策略,该策略能在一定传输功率范围内满足软开关条件。在MATLAB/Simulink仿真平台上进行仿真实验,仿真结果表明,与传统的单移相相比,所提出的双移相控制策略能明显降低回流功率,并能在一定的传输功率范围内实现回流功率为零。     

基于TPS的双向全桥DC/DC最小回流功率控制

三重移相控制(TPS)引入了内部移相角,使得移相控制具有3个自由度,因此可改善全桥DC/DC变换器的功率调节范围。通过分析TPS下双向DC/DC变换器的工作原理,建立了变换器输出功率和回流功率的数学模型,并分析了3个移相比参数对输出功率的影响,在此基础上提出了基于最小回流功率控制的TPS策略。最后,将所提控制策略应用于实验样机,并与单移相控制(SPS)和双重移相控制(DPS)进行了比较,实验结果表明,基于最小回流控制的TPS策略可有效提高变换器的效率。     

双重移相控制的双主动全桥变换器全局电流应力分析及优化控制策略

为了减小双主动全桥(DAB)变换器的功率损耗,考虑全局范围内不同传输功率及输入输出电压调节比,提出一种双重移相电流应力优化控制策略,通过分段优化两侧全桥内移相角和桥间外移相角,保证变换器全局范围内电流应力最优。首先对比分析传统单移相、扩展移相和双重移相传输功率特性,得出双重移相功率传输范围及灵活性优势明显,进一步建立双重移相控制所有运行模态的电感电流应力与电压调节比、传输功率及移相角之间的数学关系。在此基础上,推导得出所有模态下变换器工作在最优电流应力状态的移相角条件,并研究优化控制策略的实现方案。搭建5kW实验样机,进行全功率范围内应力与效率对比实验,实验结果验证了所提控制策略的可行性和优越性。     

基于双重移相控制的双向全桥DC-DC变换器动态建模与最小回流功率控制

通过分析双重移相控制下双向全桥DC-DC变换器的软开关约束条件及功率传输特性,提出了满足软开关条件的基于最小回流功率的双重移相控制策略,建立了双重移相控制下变换器的动态小信号模型。最后,通过实验样机,分析了基于最小回流功率双重移相控制策略的变换器动态和稳态特性,对动态模型和最小回流功率控制策略进行了验证。实验结果表明了采用基于最小回流功率控制对提高变换器效率的有效性。     

双有源桥DC-DC变换器升降压功率特性优化控制

双有源桥DC-DC变换器工作在升压、降压状态下时,在传统单移相控制下,电压的不匹配程度会影响变换器的超前桥、滞后桥以及电感上的功率分布情况,进而增加变换器的通态损耗。引入内移相角的双重移相控制可以改变输入、输出侧的电压波形,进而优化流过超前桥、滞后桥的无功功率,在改变变换器的功率特性的同时增加了控制的自由度和灵活性。在此基础上提出了变换器工作在升压、降压状态下,以电感上的无功功率为优化目标的双重移相控制策略,减小了变换器的整体无功功率和通态损耗,从而提高变换器的效率。最后通过试验验证了该双重移相控制方式的有效性和优越性。     

基于傅里叶级数建模的双有源桥DC-DC变换器电流有效值分析

采用傅里叶级数求和的方法建立双有源桥DC-DC变换器在移相控制下统一的数学模型,针对双有源桥DC-DC变换器直流侧电压不匹配时在传统单移相控制方式下电感电流有效值过大的问题,提出了优化电感电流有效值的双重移相控制方式。对工作在升压、降压、电压平衡状态下的双有源桥DC-DC变换器在传统单移相、双重移相控制方式下电感电流有效值随传输有功功率变化的情况进行对比分析。在此基础上根据变换器工作在升压、降压状态,提出对应的双重移相控制方式,以达到优化电感电流有效值的目的,使工作在该状态下的变换器具有更小的通态损耗,提高了变换器的效率。实验验证了该双重移相控制方式的有效性和优越性。     

三相AC/DC型电力电子变压器高频直流环节回流功率优化控制研究

级联H桥AC/DC型电力电子变压器中的高频直流环节通常采用双有源桥电路DAB(dual-active bridge),并通过移相控制方式进行能量传递。单移相控制会在DAB中引入回流功率,增加系统损耗。在由理想直流电压源供电的DAB中,通过改进的移相控制可以显著抑制回流功率。然而在电力电子变压器PET(power electronic transformer)中,交流电网侧的PWM整流环节会引入二次脉动功率,导致其高频直流环节的输入/输出电压变比存在低频脉动,使得现有的回流功率抑制方法难以获得期望效果。针对这一问题,分析了在PET模块电容电压存在低频脉动的情况下,采用单移相和扩展移相两种控制方式下的回流功率分布特征;同时,结合功率通道型三相AC/DC电力电子变压器,提出了功率解耦和扩展移相协同控制的回流功率抑制方法;通过功率解耦控制,抑制模块电容电压中的低频脉动,维持高频直流环节输入/输出电压变比恒定,并结合扩展移相控制,抑制PET中的回流功率。仿真和实验结果验证了所提方案可以有效抑制三相AC/DC型PET中高频直流环节内的低频脉动功率及回流功率。     

双有源桥DC-DC变换器的回流功率优化控制

针对隔离型双有源桥DC-DC变换器在采用传统的单重移相控制时存在较大的回流功率的问题,提出了一种全工况条件下自然分段优化的双重移相控制策略实现回流功率优化控制。通过对双重移相控制下的DAB变换器分析以及数学建模,推导出全工况条件下自然分段回流功率优化控制策略,借助Matlab仿真软件搭建仿真模型,仿真实验表明全工况自然分段优化控制策略可以有效降低系统回流功率。通过搭建实验电路,验证了优化控制策略的正确性与有效性。     

双向直流隔离变换器功率回流的分析及消除

双向隔离全桥DC-DC变换器在直流微网等场合被广泛应用,传统单移相和双重移相控制使得变换器中出现功率回流现象。为消除双向变换器的回流功率,提出一种电感电流过零控制策略。建立双向变换器的功率传输模型,分析电感电流过零控制原理和变换器的工作状态,并设计电感电流过零控制系统。基于FPGA搭建硬件实验平台,验证了所提控制策略消除回流功率的有效性。     

双向全桥DC-DC变换器的回流功率特性分析

为了减小双向全桥DC-DC变换器在传统单移相控制方式下进行功率传输时的回流功率,在传统单移相控制方式的基础上提出一种非对称占空比移相控制方式,该方式开关管的导通占空比不对称,不仅可以扩大传输功率的调节范围,还可以减小功率传输过程中的回流功率与电流应力。分析传统单移相控制与所提出控制方法的工作原理,并对所提出的控制方法进行工作模态分析以及建立稳态数学模型。对比分析了传统单移相控制和所提控制2种方式下的回流功率,所提控制方式下的回流功率和电流应力相对较小,传输功率调节范围扩大。最后,通过仿真结果验证了非对称占空比移相控制方式在减小双向全桥DC-DC变换器回流功率方面的优越性。     

独立输入并联输出双有源全桥DC-DC变换器无电流传感器均流控制

针对电力电子变压器(power electronic transformer,PET)中的独立输入并联输出双有源全桥(dual-active-bridge,DAB)DC-DC变换器的功率平衡问题,基于双重移相控制(dual phase shift,DPS)提出一种无电流传感器均流控制策略,可保证系统各相DAB模块在参数不匹配或输入电压幅值不相等时能实现传输功率的自动平衡。该方法通过扰动实现系统参数的自动估算,并完成各相并联输出模块的逐级自动均流,从而实现各DAB并联模块的功率平衡控制;相比传统的单移相均流控制方法,提高了变换器运行效率的同时简化了系统电路降低成本。以两相独立输入并联输出系统为例,搭建10kW实验平台进行稳态和暂态实验,验证所提出控制方法的可行性和优越性。     

双重移相控制的双向全桥DC-DC变换器及其功率回流特性分析

为了减小双向全桥DC-DC变换器的功率环流,分析传统移相控制中存在的功率回流现象,并分析回流功率对提高功率环流和电流应力所起的作用。在此基础上,提出一种双重移相控制方法。相比传统移相控制,该方法不仅具有更小的功率环流和电流应力,同时扩大了传输功率的调节范围,增强了功率调节的灵活性。详细介绍和分析双重移相控制的工作原理,给出变换器的工作模态分析,建立传输功率及回流功率的数学模型,并对比双重移相控制和传统移相控制的控制性能。最后,通过实验结果验证了双重移相控制的优越性。     

基于梯度下降法的DAB变换器双重优化控制

针对双有源桥(DAB)变换器电流应力与回流功率的优化问题,提出一种基于双重移相(DPS)控制的双重目标优化控制策略。首先建立DAB变换器在DPS控制下的数学模型,通过分析运行状态确定约束条件并构建针对电流应力与回流功率的目标函数,其次引入移相比关系量θ确保移相比取值在约束范围内,应用梯度下降法寻优并结合基于输出电压反馈的补偿控制构建完整的双重优化控制策略。最后通过Matlab/Simulink仿真和搭建使用TMS320F28335控制器的实验平台验证了所提控制策略的有效性。     

双有源桥变换器电流应力优化

由于传统单移相（SPS）控制下双有源桥（DAB）DC/DC变换器仅有一个自由度,在输入、输出电压不匹配时,存在较大电感电流应力。在双重移相（DPS）控制策略的基础上,分析了两种工作模式下传输功率与电流应力的特性。提出了自适应步长法以优化电感电流应力,以减少传统优化策略所需的离线计算量。最后通过搭建实验样机验证了控制策略的有效性。     

基于电力电子变压器的电池储能并网系统及其自抗扰控制

为提高基于单相H桥整流器和隔离双向DC-DC变换器(IBDC)的电力电子变压器–电池储能系统(PET-BESS)在功率翻转时直流电压及网侧功率的动态响应,提出一种基于自抗扰控制(ADRC)的前后级解耦控制策略。前级整流器采用直流电压外环、并网电流内环的被动功率控制,自抗扰控制器可将后级IBDC传输功率对其动态耦合当作扰动进行补偿;后级IBDC采用主动定功率控制,便于实现对蓄电池能量的调度和管理。此外,论文还给出了PET-BESS三相大规模储能应用时的模块化拓展形式及相应的载波移相(CPS)、均衡调制策略。仿真结果表明,所提出的PET-BESS及控制策略在功率翻转时可实现较好的动态特性;模块化扩展时采用载波移相及相应均衡策略可实现交流电压良好多电平波形及各模块均衡的要求。     

双向全桥DC-DC变换器高效能控制研究与实现

针对变换器传统单移相控制的不足之处,分析了双重移相控制下双向全桥DC-DC变换器的功率传输特性。在变压器匝比不为1的条件下,建立了双重移相控制下变换器的通用低频小信号模型。对比了单移相控制方式,仿真结果显示了双移相控制有较小的功率损耗。最后,搭建了实验样机,实验结果证实了该控制方式的高效性和可行性,拓宽了变换器变比的选择范围,具有一定工程应用价值。