适用于直流电网的LCL谐振式模块化多电平DC/DC变换器

针对直流电网中不同电压等级线路的直流互联需求,结合隔离型模块化多电平DC/DC变换器和绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)直串型LCL-DC/DC变换器的拓扑优点,提出了一种LCL谐振式模块化多电平DC/DC变换器拓扑。首先,介绍了该变换器电气拓扑,并分析了其工作原理,包括运行方式、功率传递机理等;其次,从功率传递和谐波抑制等角度提出了该变换器中LCL谐振网络的参数设计方法;然后,提出了适应于该变换器的控制保护策略,保证在不同功率传递下实现两侧模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的零无功传输以及直流故障电流的迅速抑制;最后,在Matlab/Simulink中对所提拓扑及其控制保护策略进行了仿真验证。结果表明:根据LCL设计方法得到的电气参数能够满足装置的控制需求,所提控制策略在潮流反转、输入电压突变等工况下具有较好的静态和动态性能,且保护策略能够抑制直流侧的短路故障电流。     

一种面向储能系统的三相双有源桥式 DC/DC变换器

针对储能系统中的功率转换环节,研究了一种 LCL 谐振型三相双有源桥式 DC/DC 变换器.首先分析了 LCL谐振网络的端口特性,进而采用频域分析方法建立了三相双有源桥式变换器在对称占空比控制下的数学模型. 然后根据建立的功率模型,提出一种固定移相角的占空比控制策略使变换器以单位功率因数进行功率传输,减小回流功率.最后设计并搭建了一台８００ W 试验样机,验证了所提控制策略的有效性.     

一种零电压开关双向DC/DC变换器

提出了一种新型零电压开关隔离式的双向DC／DC变换器,变换器由两个非对称半桥组成,功率传输由相移脉宽调制方式控制,不需要任何辅助开关或无源谐振网络,变换器就可在双向变换工作中实现零压开关,谱换器有快的动态响应,介绍和分析了变换器的工作原理,并给出了实验结果。     

半桥式三端口变换器建模与解耦控制

提出一种半桥三端口变换器的解耦控制方法,实现系统的能量管理和各端口控制环路间的解耦。给出一种基于竞争策略的功率控制方法,变换器可以在不同工作状态下稳定工作且能够实现在各工作状态之间自由切换;采用状态空间平均法建立半桥三端口变换器的小信号模型,详细分析了各端口之间控制量与被控量的耦合关系,据此提出一种解耦控制方法,通过设置控制环路带宽和引入解耦控制变量,将其多输入–多输出控制系统转化成多个单输入–单输出控制系统,实现各端口控制环路之间的近似解耦;实验结果表明,功率控制策略的正确性和解耦控制方法的有效性。     

一种隔离型三端口双向DC/DC变换器

提出一种隔离型三端口双向DC/DC变换器,设计了其主要工作模式的控制策略,并通过增加辅助电容在该模式下各输出端口之间实现功率解耦,提升系统稳定性和动态性能,最后搭建一台3.3kW的试验样机,对理论分析和设计进行验证。     

一种两级式隔离型双向DC/DC变换器的分析与设计

提出了一种两级式隔离型双向DC/DC变换器,该变换器包含一个闭环的前级DC/DC变换器和一个开环的后级LLC谐振变换器。当能量从低压直流母线传输到高压直流母线时,变换器等效为Boost变换器+全桥倍压LLC谐振变换器;当能量反方向流动时,变换器等效为半桥LLC谐振变换器+Buck变换器。通过分析变换器工作原理与设计要点,提出了以效率为目标的中间直流母线电压优化方法,并研制了1台12 V/336 V、1 kW的样机,其优化后的中间直流母线电压额定值为50 V。样机实验结果验证了所提变换器的良好工作性能。     

DC/DC开关电容变换器拓扑及控制技术

针对DC/DC开关电容变换器目前的最新发展状况 ,在拓扑 (包括具有谐振软开关特性的拓扑 )和控制技术方面做了较为深入的探讨和分析 ,其中DC/DC开关电容谐振变换器在DC/DC开关电容变换器的原理、拓扑和工作特性等方面都有所突破 ,是当前一个值得关注的研究方向     

一种可实现双向故障闭锁的双极Y型模块化多电平直流变换器

直流电网互联通常采用隔离型高压大功率直流变换器,但其存在体积大、成本高及传输效率较低等问题。该文提出一种双极Y型模块化多电平DC/DC变换器,其避免使用中间变压器,实现直流功率双向传输,并且可以有效闭锁双向直流故障。首先分析了变换器拓扑结构及故障闭锁工作原理,并根据桥臂内电势等效原理建立了数学模型。基于变换器臂间、相间能量平衡约束,在闭环控制的基础上引入桥臂电流补偿控制,提升变换器暂态性能。最后,在Matlab/Simulink搭建了采用模块化多电平DC/DC变换器(modular multilevel DC/DC converter,DC-MMC)的直流输电系统仿真模型,通过对端口电流、桥臂电流及桥臂电容电压等动态指标的分析,验证了所提DC-MMC双向功率传输控制及双向故障闭锁能力的可行性和有效性。     

电力电子变压器用混合三电平双向DC/DC功率模块设计

高压隔离双向DC/DC变换器模块是电力电子变压器电压隔离和变换中的主要环节。为提升模块高压侧直流工作电压,减少模块级联数量,降低功率变换部分的占地尺寸和控制复杂度,采用混合三电平拓扑设计电力电子变压器功率模块。分析混合三电平双向DC/DC变换器的工作原理,对电路中的主要参数进行设计,并基于SiC功率器件完成了样机的设计,最后对样机进行了试验验证。试验结果表明,混合三电平双向DC/DC变换器工作特性与传统全桥双向DC/DC变换器一致,效率最高达到98.7%。三电平双向DC/DC变换器以较低成本和控制复杂度,提高了子模块高压侧直流工作电压,使电力电子变压器系统功率模块数量减半,有效降低了电力电子变压器的尺寸。     

非隔离型高增益DC/DC变换器综述

在光伏发电、燃料电池发电等新能源发电系统中通常采用高增益DC-DC变换器拓扑电路结构,近年来国内外专家学者从不同角度分别提出了不同的拓扑电路及其控制策略。对非隔离型拓扑电路研究现状,从变换器基本的构成原理出发,将非隔离型高增益变换器分成了二端口级联型、三电平型、带开关电容型、三端口交错并联型与耦合电感型五大类型,并分别从拓扑架构与变换器电压增益及开关应力等性能方面进行了详细的对比介绍,对五类非隔离型变换器进行了全面的综述,对比了各自的优缺点,对新能源发电系统中的拓扑电路结构将起到一定的指导作用。     

非隔离型高增益DC/DC变换器综述北大核心

在光伏发电、燃料电池发电等新能源发电系统中通常采用高增益DC-DC变换器拓扑电路结构,近年来国内外专家学者从不同角度分别提出了不同的拓扑电路及其控制策略。对非隔离型拓扑电路研究现状,从变换器基本的构成原理出发,将非隔离型高增益变换器分成了二端口级联型、三电平型、带开关电容型、三端口交错并联型与耦合电感型五大类型,并分别从拓扑架构与变换器电压增益及开关应力等性能方面进行了详细的对比介绍,对五类非隔离型变换器进行了全面的综述,对比了各自的优缺点,对新能源发电系统中的拓扑电路结构将起到一定的指导作用。     

面向二次脉动功率解耦的三端口LLC谐振变换器

为了吸收单相交直流系统中耦合的大量二次脉动功率,提出给予I3桥结构的三端口LLC谐振变换器。所提变换器实现双向解耦电路的开关桥臂和LLC谐振变换器的开关桥臂的集成,消除母线上的大容量电解电容、提高系统可靠性,而且减少有源开关的数量和系统的开关损耗。详细分析三端口LLC谐振变换器的工作原理和控制方法,设计I3桥的开关驱动策略,实现功率解耦端口和直流输出端口的独立控制。实验结果证明了所提集成功率解耦功能的三端口LLC变换器及其控制方法的正确性和有效性。     

双向功率传输串联谐振DC／DC变换器研究

详细研究了一种双向功率传输串联谐振DC／DC变换器。对其工作过程进行详尽分析,并搭建了串联谐振双向DC／DC变换器的实验平台。最后,在该平台上进行了能量正向传递与反向传递的实验,并且验证了开关管软开关的工作特性,实验结果证明了控制方式的正确性和可行性。     

双向全桥串联谐振DC/DC变换器扩展相移控制的全局优化方法

基于传统基波等效法建立的双向全桥串联谐振(dual bridge series resonant,DBSR) DC/DC变换器模型准确度不高,导致控制存在误差,变换器的工作效率降低。文中采用分段分析法建立DBSR变换器在扩展相移(extended phase shift,EPS)控制下的模型,能够准确描述变换器的特性。传统单相移控制下变换器的回流功率和开关损耗较大,导致变换器工作效率降低,而文中提出一种基于EPS控制的全局优化控制方法,能有效降低回流功率和开关损耗。首先分析双向全桥串联谐振DC/DC变换器的回流功率原理,建立回流功率的优化控制模型;然后结合软开关条件及考虑死区时间下的完全软开关特性,建立双向全桥串联谐振DC/DC变换器的全局优化控制算法;最后,在基于TMS320F28335控制器的实物实验平台上,对所提方法与传统方法在宽电压增益下以及全功率范围内进行实验对比。实验结果表明：与传统基波分析法相比,所提建模方法具有更高的准确度,且所提的优化控制方法可以有效降低回流功率,显著降低变换器的开关损耗,能够大幅提升变换器的传输效率。     

新型高频隔离双向DC/DC变换器的特性分析

随着高科技开关装置的发展,母线电压会越来越高,传统的高频隔离双向DC/DC变换器的拓扑结构将不能满足高压大功率场合的应用。为此,提出了一种基于半桥三电平结构的高频隔离双向DC/DC变换器拓扑,该拓扑不仅具有功率双向流动、易于实现软开关、电气隔离和高可靠性等优点,还使开关管上的电压应力仅为输入/输出电压的1/2。通过对新型变换器的拓扑结构进行分析,给出了变换器在移相调制策略下的基本工作特性,研究了变换器的功率流特性和软开关特性。最后,通过实验验证了理论分析的正确性。     

新型无无功环流的双向隔离型DC/DC变换器

随着双向隔离型DC/DC变换器在新能源、电动汽车及柔性变电站等领域的应用日益增多,变换器拓扑也层出不穷。传统拓扑中存在的无功环流影响着变换器的稳定性及效率,成为目前亟待解决的问题。提出一种新拓扑,其优点是没有无功环流,工作效率高,动态响应快,功率双向流动。首先介绍了所提拓扑的工作原理和控制方法,并根据实际应用提出吸收回路设计方案。最后,将仿真结果与双有源全桥拓扑进行对比,并通过实验结果表明,该拓扑可以实现功率双向流动且不存在无功环流。     

微电网储能系统中基于PWM加双重移相控制的双向DC／DC变换器研究

针对微电网储能应用中各储能装置以及直流母线存在的电压波动对变换器工作造成的不利影响、电路环流带来的损耗问题,在原边全桥-副边升压半桥隔离型双向DC/DC拓扑的基础上,提出了PWM配合双重移相的控制方法,分析了该方法在变换器端口电压波动情况下对变换器的各种工作特性带来的改善。针对单侧H桥双重移相控制仅在端口电压匹配时才能够在整个移相范围内消除功率环流的局限性,阐述了引入PWM控制后在消除功率环流上的改进,提高了端口电压在宽变化范围下系统的工作效率。建立了PWM配合双重移相控制变换器的数学模型,并与传统移相控制变换器特性做出定量的对比。设计了所提方法应用在微电网储能系统中的控制策略,并搭建了仿真模型,对控制效果进行了对比分析,验证了所提方法的有效性。     

适用于ISOS拓扑的高压DC/DC变换器研究

在电力电子变压器和直流配电网等领域,需要采用DC/DC变换器双向传输能量。为了适用不同电压等级电网,研究适用于ISOS拓扑的双向DC/DC变换器,采用双向LLC谐振实现能量双向流动时开关器件的ZVS和准ZCS,使用均压电阻实现系统的稳态均压。首先描述双向LLC谐振变换器的工作波形,然后采用基波分析法对电路的增益特性进行分析。将适用于ISOS拓扑的增益特性及软开关的实现条件作为双向LLC谐振网络设计的依据,并对高频隔离变压器和ISOS拓扑的均压电路进行分析与设计。最后研制2个6.25 kW的变换器,对所提出的设计方法进行验证。试验证实变换器能够实现能量双向传输时开关器件的ZVS和准ZCS,并且能量双向流动时变换器具有相同的增益特性,同时变换器的串联不均压度小于3%。     

基于dsPIC的LLC串联谐振DC/DC变换器研究

LLC串联谐振变换器具有拓扑结构简单、高效率和易高频化等特点,因此得到了广泛应用。而开关电源的数字控制实现可采用先进的控制策略,以简化系统结构,缩小体积,提高系统性能。介绍了LLC串联谐振型DC/DC变换器的工作原理,提出了采用数字控制芯片的控制方案,最后给出了900 W功率的实验样机,验证了数字控制LLC串联谐振变换器的优良性能。     

适用于ISOP拓扑的DC/DC变换器研究

在交直流混合微电网和电力电子变压器等领域,由于电压较高、功率较大,通常采用ISOP拓扑进行能量的双向传递,本文研究适用于ISOP拓扑的双向LLC谐振DC/DC变换器,采用H桥2个桥臂驱动脉冲移相的方式,解决变换器预充电电流过冲的问题;对于组成ISOP拓扑的变换器之间的移相特性进行了分析与计算,对ISOP拓扑双向传输能量的均压及均流特性进行了分析与设计;采用均压电阻实现ISOP拓扑串联侧的稳态均压,并对双向LLC谐振DC/DC变换器的谐振网络进行了分析与计算;最后研制出由20个双向LLC谐振变换器组成的ISOP拓扑,对文中提出的设计方法进行验证,试验证实变换器移相启动过程中无电流过冲、并实现了基准桥臂的ZVS和移相桥臂的ZCS或者准ZCS,而且变换器组成ISOP拓扑的动态和静态的均压均流满足要求。