输入串联输出并联双有源全桥DC-DC变换器多模块优化功率平衡控制方法

通过分析电力电子变压器(PET)中的双有源全桥(DAB)DC-DC变换器的运行特征及所面临的问题,针对输入串联输出并联双有源全桥DC-DC变换器,基于三重相移(TPS)提出一种多模块优化功率平衡控制方法以同时提高变换器的效率及动态性能,并实现各个模块的传输功率均衡。相比于传统的输入电压均衡控制方法,该方法在不需要增加额外传感器的情况下,可以进一步提高变换器的效率,加强变换器对于输入电压突变时的响应能力并实现各个DAB模块的传输功率平衡。最后,搭建以TMS320F28335+FPGA_6SLX45为核心控制器的三单元输入串联输出并联DAB变换器小功率实验样机,对所提多模块优化功率平衡控制方法与输入电压均衡控制方法进行对比实验研究,验证了所提算法的正确性与有效性。     

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。     

输出并联双有源全桥DC-DC变换器虚拟功率均衡控制方法

针对电力电子变压器(PET)中输出并联双有源全桥(DAB)DC-DC变换器,分析了前级级联多电平整流器(CHB)控制策略对于DAB变换器的影响,提出一种同时适用于等效输入串联输出并联(ISOP)和等效输入独立输出并联(IIOP)DAB变换器的虚拟功率均衡控制方法,并分析了该控制策略的作用机理。搭建了以TMS320F28335+FPGA_6SLX45为控制器的三单元输出并联DAB变换器的实验平台,对所提出的虚拟功率均衡控制方法与输入电容电压平衡控制算法进行了对比验证。实验结果表明,所提方法在实现各个模块传输功率均分的基础上,可以显著提高变换器对于负载突变和输入电压突变时的响应速度。同时,也可有效地抑制变换器传输功率的暂态波动。     

电力电子变压器的双有源全桥DC-DC变换器模型预测控制及其功率均衡方法

该文以电力电子变压器中的输出端并联双有源(dual active bridge,DAB)全桥DC-DC变换器为研究对象,针对其动态响应慢及传输功率不均衡问题,提出一种模型预测控制策略及其功率均衡方法。同时,为了增强控制算法的灵活性,借鉴于直接电流控制的思想,提出无负载电流传感器的模型预测控制策略。最后,搭建以TMS320F28335+FPGA_6SLX45为核心控制器三单元输出并联DAB的实验样机,对所提出的模型预测控制及其功率均衡方法和传统闭环电压制以及负载电流前馈控制进行对比实验验证。实验结果表明:该方法不仅可实现各个DAB模块的传输功率均衡,同时可显著地提高变换器对于输入电压突变和负载突变时的动态特性。此外,当负载电流传感器损坏或缺省时,变换器仍然可以保持良好的动态特性并实现传输功率均衡。     

级联型电力电子变压器电压与功率均衡控制方法

对于模块级联型电力电子变压器,如果整流级直流输出电压不均衡或各双有源DC-DC变换器(DAB)模块传递的功率不均衡,可能导致开关器件电压或电流应力分配不均。因此提出在整流级采用电压均衡控制,在DAB级采用功率均衡控制来解决整流级输出电压的不均衡问题和因各DAB模块参数不匹配导致的功率不均衡问题。对于该功率均衡控制,是利用各整流模块占空比的有功分量作为反馈量来调节各DAB模块占空比实现的。电压均衡控制与功率均衡控制共同作用,以使系统达到整流级直流输出电压均衡和各DAB模块功率均衡的目的。此外,该功率均衡控制可以很容易由DSP实现,且不需要任何电流传感器。该控制方法已得到仿真验证,并在模块级联型电力电子变压器实验平台上得到实验验证。     

基于电压前馈的输入串联输出并联型直流变压器反下垂控制策略

以双有源全桥(dual active bridge,DAB)DC-DC变换器为基本功率单元的输入串联输出并联(inputseries-output-parallel,ISOP)型直流变压器(DC solid state transformer,DCSST)十分适用于直流电网互联或大规模新能源汇集等高压大容量应用场合。文中针对现有的反下垂控制方法无法兼顾均压/均流特性与输出电压调整率的缺点,提出了一种电压前馈的反下垂控制方法。通过引入输入电压均值前馈实现了直流变压器输入电压与输出电压的解耦,使得直流变压器在实现均压/均流运行的同时,具有较好的稳压性能。最后,于PSCAD/EMTDC仿真软件搭建了以DAB变换器为基本功率单元的三单元ISOP型直流变压器仿真模型,对所提出的算法进行了对比实验验证。实验结果表明:该方法可以实现直流变压器各模块的传输功率平衡,同时具有较好的稳压性能。     

基于混合模块化多电平变换器的储能铁路功率调节器及其控制策略

针对电气化铁路系统具有负序、无功补偿能力和回收制动能量功能的装置存在成本高、控制不灵活的问题,本文提出了一种基于混合模块化多电平变换器(HMMC)的储能铁路功率调节器(RPC)拓扑及其控制策略。该拓扑可以灵活配置模块化多电平变换器各桥臂的储能子模块数目,同时储能子模块中RPC侧半桥变换器和储能系统侧半桥变换器控制独立,具有成本低、控制简单的特点。通过改进补偿电流指令生成方法,对储能电池采用直接电流控制并在均衡控制中前馈电池电流信息,能够灵活独立地控制各储能子模块的储能功率并维持子模块电容电压稳定;通过储能功率调配策略给定各储能子模块储能功率以充分利用储能系统容量,实现了负序、无功补偿和机车制动能量存储的目的。仿真结果验证了拓扑和控制策略的正确性和有效性。     

新型多端输入光伏并网系统运行控制策略

提出一种基于双主动全桥(DAB)变换器多光伏阵列并列输入、级联逆变输出的高频隔离型光伏并网系统。分析了DAB变换器的功率传输能力,设计了其移相控制策略;针对各输入端光伏阵列光照强度不同带来的功率不平衡问题,基于dq解耦控制数学模型,设计了级联多电平DC/AC变换器的调制量补偿控制策略,实现了各直流端电压的平衡控制。在PSCAD/EMTDC中搭建了4.5 MW/10 kV光伏并网模型进行仿真,仿真结果验证了系统结构的可行性以及所提控制策略的有效性。     

三相模块级联型固态变压器均压/均功率控制策略研究

三相固态变压器是适用于智能电网的一种新型的智能电力电子设备,一般包括整流输入级、双有源桥DAB(dual active bridge)直流级和逆变输出级。为解决固态变压器在大功率传输和高输入交流电压工作条件下的高频功率开关管电压电流应力问题,一般采用多模块级联的拓扑结构,但这种拓扑给固态变压器带来了模块间的电压和功率不平衡问题和导致开关管过压过流及电网电流谐波增加等问题。为解决三相模块级联型固态变压器电压、功率的不平衡问题,提出一种新颖的控制策略。输入整流级采用一种基于共同占空比的三相dq0控制策略以保证输入交流电流三相对称,DAB级采用一种基于电压跟随的移相控制方法以实现模块间电压平衡,两级控制策略相配合以实现各模块间电压、功率平衡。仿真和实验均验证了所提控制策略的可行性和有效性。     

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。     

动力电池分散逻辑式均衡系统及其均衡策略研究

研究了一种适合高压动力电池组的分散逻辑式均衡系统,并分析了该系统结构及其控制策略。在所提出的电池均衡系统中,整车电池组被划分为多个电池模组进行模块化分散管理。均衡变换器结合电池模组的电压信息,构造变参数下垂控制器,调节电池模组输入输出功率,实现电池模组的实时均衡。与此同时,均衡变换器还可以代替车内辅助铅酸蓄电池为车内低压设备供电,减小了车内电气单元的体积与成本。对均衡控制策略的稳定性进行了分析,对均衡变换器(双向双半桥变换器)进行了建模与设计,实验结果验证了均衡系统及均衡策略的可行性。     

电力电子变压器的内部能量流动协调控制策略

在电力电子变压器(PET)中,当级联H桥(CHB)和双有源桥(DAB)变换器的动态响应特性差异较大时,高、低压直流母线电压容易出现大幅波动。为解决此问题,文中提出了一种基于PET内部能量流动的协调控制策略。该策略由基于直流母线能量总和调节的CHB控制和基于直流母线能量协调的DAB模型预测控制这2个部分组成,能够将PET直流母线储能总量的波动定量地分配给高、低压直流母线共同承担,以使所有直流母线能量的相对偏差的平方和达到最小。该策略简化了PET闭环控制系统和控制参数设计的复杂性,能够提升直流电压的动态响应性能,并且通过补偿控制的方法有效抑制了DAB中的二次功率传输。理论分析表明,所提控制策略对于电路参数的不一致有较强的鲁棒性。仿真结果验证了所提控制方法的正确性和有效性。     

基于动态矩阵控制的DAB变换器电流应力与回流功率优化方法

针对双重移相控制的双有源桥(DAB)变换器存在的电流应力和回流功率问题,建立了电流应力和回流功率的权重优化函数,其设计原则为保证电流应力抑制效果并同时减小回流功率.分析了权重因子的优化选取过程,从而获取2种工作模式下DAB变换器的内、外移相比.为了改善DAB变换器输出电压的动态响应性能,提高负载适应性和鲁棒性,提出了基于动态矩阵控制的电压预测控制方法.最后,结合StarSim实时仿真机和DSP芯片搭建了DAB变换器的半实物实验平台,实验结果验证了所提控制策略在提高DAB变换器电压动态响应性能、抑制电流应力和减小回流功率方面的有效性和正确性.     

基于双有源桥DC/DC变换器回流功率优化的变频移相混合控制策略

分析了双重移相控制的双有源桥DC/DC变换器功率回流现象,并以减小回流功率为目标对双有源桥双重移相控制策略进行优化,推导出近似最优回流功率控制曲线。在此基础上,进一步提出了变频移相混合控制策略,使变换器控制参数在负载变化时保持在最佳工作点。最后,以理论推导为基础搭建了双有源桥实验平台,实验结果验证了所提方法对增加变换器效率的有效性。     

基于模块化双有源桥变流器的直流变电站设计方案

文中提出了一种基于模块化双有源桥变流器的直流变电站方案,将双有源桥模块按照输入端并联、输出端串联的结构级联而成,可以将输入端的直流低压升压至输出端的直流中高压,并且具备功率双向流动能力。模块化双有源桥变流器的直流高压出线连接到高压直流电网,各个模块的直流低压出线可分别连接到低压分布式电源和负荷。双有源桥模块内部使用结构紧凑的高频变压器实现输入端和输出端的电气隔离。提出了适用于模块化双有源桥变流器的串并联均衡控制,具有高效可靠且无需通信的特点,各模块的串联输出端的电压和并联输入端的电压保持相同的斜率关系。电磁暂态仿真结果表明该直流变电站总有功功率在各模块之间均匀分配,各模块的输入直流电流和输出直流电压能够保持均衡。     

一种新颖的单PI调节器消除双向有源桥无功功率的方法

双向有源桥Dual active bridge(DAB)因为其简单的结构,在双向能量转换领域非常适用。然而,无功功率却是不可回避的问题,无功功率的存在会降低DAB的效率。文中使用单PI闭环控制器来实现无功功率的消除。建立了在传统控制策略下,无功功率的模型。基于理论,分析了变换器在稳定时不同时间段的运行模态,并且利用了平均电流型建立了变换器的小信号模型,利用Matlab软件搭建了仿真平台,仿真实验结果证实了文中采用的方法的正确性。     

基于双有源桥式DC-DC变换器的电力电子牵引变压器的电压平衡控制

提出一种基于双有源桥式(DAB)DC-DC变换器的电力电子牵引变压器(PETT)的电压平衡控制策略,分析这种控制策略的作用机理,并提出一种PETT的起动控制方法。建立单个DAB的数学模型、DAB并联系统的整体模型以及DAB并联系统的电压平衡控制模型,以方便、有效地进行输出电压控制器、输入电压平衡控制器的设计。基于两单元PETT实验平台,开展仿真和实验研究,仿真和实验结果一致,变换器的稳态和动态控制性能良好。仿真和实验结果验证了所提方法的正确性和有效性。     

屏栅电源新型双全桥拓扑的模型预测控制

针对屏栅电源的传统PID双闭环控制精度低及鲁棒性弱的问题,提出了电流内环采用PID控制器、电压外环采用MPC控制器的双闭环控制方法。该方法首先分析了新型双全桥拓扑的结构及工作模式,其次根据拓扑建立小信号模型并设计电流内环控制器参数,将内环作为被控对象建立预测模型并完成MPC控制器设计。为验证MPC双闭环控制方法的合理性,最后在Matlab中搭建MPC双闭环控制和PID双闭环控制进行对比。仿真实验表明,与PID双闭环控制相比,MPC双闭环控制能有效克服因负载扰动对输出的影响,提高系统的动态性能和抗干扰能力。     

双有源桥变换器电流应力优化的双重移相调制方式

为了减小双有源桥DAB(dual active bridge)变换器在双重移相DPS(dual phase-shift)调制方式时,由于变压器原、副边电压不匹配导致电流应力增大的问题,基于DPS调制方式,在不增加新的移相控制变量的前提下,改变内外移相角间的约束关系,提出了一种电流应力优化的新型移相IDPS(improved dual phase-shift)调节方式。分析了IDPS工作特性,建立电流与功率的数学模型;提出电流应力优化控制方法,并与传统DPS调制方式对比,分析电流应力与回流功率特性。最后搭建实验平台验证,提出的IDPS调制方式与传统DPS方式相比,降低了轻载与中载时的电流应力与回流功率。     

绝缘带包扎时张力控制的研究

介绍了大型水轮发电机条式线圈绝缘带包扎过程中,张力控制的要点和方法,并对各种控制方法进行了简要的分析和比较。若把这些方法应用于包带机上,对于提高条式线圈的质量将起到重要作用。