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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

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中国电机工程学报 2018年第13期38卷 3921-3929页

作者：安峰宋文胜杨柯欣西南交通大学电气工程学院

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... 详细信息

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＋FPGA6SLX45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。

关键词：电力电子变压器双有源全桥DC-DC变换器模型预测控制功率均分控制动态响应

基于扩展相移的双有源全桥DC-DC变换器多目标优化控制方法

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中国电机工程学报 2019年第3期39卷 822-831,961页

作者：安峰宋文胜杨柯欣西南交通大学电气工程学院四川省成都市610031

文中以双有源全桥DC-DC变换器为研究对象,为了同时提高变换器的效率和动态性能,提出一种基于扩展相移的优化功率控制方法。通过全面分析变换器在扩展相移下的相移量关系以获取电流应力的全局最优解来进一步提高变换器效率。同时,通过引... 详细信息

文中以双有源全桥DC-DC变换器为研究对象,为了同时提高变换器的效率和动态性能,提出一种基于扩展相移的优化功率控制方法。通过全面分析变换器在扩展相移下的相移量关系以获取电流应力的全局最优解来进一步提高变换器效率。同时,通过引入虚拟电压分量对变换器的传输功率进行在线估算以提高其对于负载突变及输入电压突变时的响应能力。此外,该方法不需要储能电感等电路参数参与控制,增加了控制系统的兼容性和可移植性。最后,对所提出的扩展相移优化功率控制方法、双重相移的电流应力优化及传统扩展相移的电流应力优化算法进行对比实验验证。实验结果表明:该方法可以进一步地减小电流应力,提高变换器的效率,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。

关键词：双有源全桥DC-DC变换器扩展相移控制多目标优化动态响应效率

不同力程排斥相互作用胶体粒子系统的摩擦特性

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物理学报 2024年第15期73卷 141-146页

作者：段浩炀杨柯欣曹义刚郑州大学物理学院:中原之光实验室郑州450001

利用朗之万分子动力学,数值研究了无序点钉扎衬底上二维胶体粒子系统的摩擦特性.本文考虑了三种不同的模型胶体粒子系统,每种系统中胶体粒子之间的相互作用均被模拟为两种不同力程的排斥势.研究发现:每种模型系统均存在两个最大静摩擦力... 详细信息

利用朗之万分子动力学,数值研究了无序点钉扎衬底上二维胶体粒子系统的摩擦特性.本文考虑了三种不同的模型胶体粒子系统,每种系统中胶体粒子之间的相互作用均被模拟为两种不同力程的排斥势.研究发现:每种模型系统均存在两个最大静摩擦力(第一最大静摩擦力f_(c1)^(d)和第二最大静摩擦力f_(c2)^(d));力程相近的短程排斥相互作用之间的干涉会导致粒子间排斥增强,从而导致f_(c1)^(d)的明显降低和f_(c2)^(d)以上沿外场驱动力方向上运动有序的加强.本文的研究结果有助于揭示具有不同力程相互作用胶体粒子系统的摩擦机制.

关键词：摩擦胶体塑性流动运动有序

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基于输入电压前馈的双向有源桥DC-DC变换器虚拟功率控制方法

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中国电机工程学报 2018年第22期38卷 6491-6502页

作者：宋文胜杨柯欣安峰蒋蔚西南交通大学电气工程学院

针对电力电子变压器前级单相脉冲整流器直流侧电压含有二倍电网频率脉动的现象,该文以电力电子变压器中的双向有源桥式DC—DC变换器为研究对象,研究在输入电压脉动情况下变换器输入与输出之间的关系。首先通过变换器的小信号模型,分别... 详细信息

针对电力电子变压器前级单相脉冲整流器直流侧电压含有二倍电网频率脉动的现象,该文以电力电子变压器中的双向有源桥式DC—DC变换器为研究对象,研究在输入电压脉动情况下变换器输入与输出之间的关系。首先通过变换器的小信号模型,分别针对输出电压开环和闭环控制情况,揭示输入电压脉动情况下输入与输出电压之间的定量关系。为了抑制输出电压脉动,提出一种基于的输入电压前馈的虚拟功率控制方法,并且选取虚拟功率控制方法和输入电压前馈的PI闭环控制与之对比。在基于TMS320F28335控制器的实物实验平台上,对理论分析和抑制算法进行实验验证。实验结果表明:在输入电压脉动情况下,输入与输出电压之间的定量关系描述正确,并且传统电压闭环对输出脉动的影响很小,与虚拟功率控制方法和输入电压前馈的PI闭环控制相比,所提出的输入电压前馈的虚拟功率控制方法能更加有效地抑制输出电压脉动,并且在输入电压突变和负载突变时也具有最优的动态性能。

关键词：输入电压脉动双向有源桥式DC—DC变换器小信号模型电压前馈虚拟功率控制输出电压脉动抑制

基于SiC MOSFET的双向有源桥式DC-DC变换器设计与优化控制

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基于SiC MOSFET的双向有源桥式DC-DC变换器设计与优化控制

作者：杨柯欣西南交通大学

学位级别：硕士

现今,电能变换系统主要是利用工频变压器实现电气隔离和电压匹配,然而,大体积、笨重、低效率和噪声大的工频变压器成为了提高电能变换系统效率和功率密度的阻碍,随着半导体技术和磁性材料的发展,使用高频变压器替代工频变压器被认为是... 详细信息

现今,电能变换系统主要是利用工频变压器实现电气隔离和电压匹配,然而,大体积、笨重、低效率和噪声大的工频变压器成为了提高电能变换系统效率和功率密度的阻碍,随着半导体技术和磁性材料的发展,使用高频变压器替代工频变压器被认为是下一代电力变换器的发展趋势,无工频变压器的电力电子变压器(Power Electronic Transformer,PET)越来越受到关注。PET由于其高功率密度、高效率、小体积等优点,可广泛应用于电动汽车、分布式发电乃至列车电力牵引系统。同时,以碳化硅(Silicon Carbide,SiC)和氮化镓(Gallium Nitride,GaN)为代表的宽禁带半导体器件由于其高阻断电压、高开关频率、耐高温、开关速度快且开关损耗小等优良特性受到广泛关注。PET的核心部分包含前级的单相级联脉冲整流器和后级双有源桥式(Dual Active Bridge,DAB)DC-DC变换器。由于前级整流器直流侧存在二倍网侧频率的电压脉动,一般在直流侧增加LC谐振电路来抑制该脉动电压,然而增加LC谐振电路会增加电路的体积和成本。因此本文提出一种基于输入电压前馈的最小电流应力控制方法来提升变换器的效率和动态特性,降低电力电子变压器前级脉冲整流器直流侧二次脉动对DAB变换器的影响,并在搭建的基于SiC MOSFET的DAB DC-DC实验台上进行了验证。首先,分析了DAB变换器在单重相移、扩展相移、双重相移和三重相移控制下的工作原理。使用状态空间建模方法推导了三重相移控制下,变换器的输入-输出电压模型、功率表达式以及小信号模型。其次,根据DAB变换器的输入-输出电压模型推导出了相移量D的表达式,并对结合PI补偿器,得到了现有文献提出的虚拟功率控制、负载电流前馈控制等方法,并对比了以上各种控制的异同点。通过拉格朗日乘法子求解出了最小电流应力值所对应的相移量表达式,得到了最小电流应力控制的数学模型。然后,在输入电压脉动情况下,分析了DAB变换器输入电压与输出电压之间的关系,研究了虚拟功率控制、最小电流应力控制(MCS)和传统PI控制对输出电压脉动的影响关系,分析结果表明传统PI控制对输出脉动的影响很小,虚拟功率控制、最小电流应力控制都可以在一定程度上减小输出电压脉动,但是抑制效果不彻底。然后从理论上证明了输入电压前馈(PI-IVF)控制算法能有效抑制输出脉动电压。将输入电压前馈控制算法与最小电流应力控制算法相结合,提出了基于输入电压前馈的最小电流应力控制算法(MCS-IVF),可提升变换器动态性能和效率,并且能抑制输出脉动电压。最后,为了在硬件上进一步提升变换器的效率,将SiC MOSFET应用于DAB变换器,分析了二极管导通压降对SiC器件在开关过程中尖峰电压的影响关系,给出了通过降低二极管导通压降来抑制尖峰电压的设计方案。设计并搭建了1kW基于SiC MOSFET的DAB变换器实验样机。在该实验平台上,分别对PI-IVF控制、MCS控制和MCS-IVF三种控制方法在动态性能、输出脉动电压抑制和效率三个方面进行了对比实验研究。实验结果表明,PI-IVF控制和MCS-IVF控制都能有效抑制输出脉动电压,而MCS控制的输出脉动电压抑制能力较差。在效率提升方面,MCS-IVF控制和MCS控制明显优于其他方法。因此,MCS-IVF控制不但能有效提升DAB变换器的动态响应和效率,还可有效抑制输出电压脉动。

关键词：电力电子变压器双有源桥式DC-DC变换器 SiC MOSFET 动态特性效率输入电压脉动输入电压前馈控制最小电流应力控制

输出并联双有源全桥DC-DC变换器虚拟功率均衡控制方法

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电力系统自动化 2018年第12期42卷 106-112页

作者：安峰宋文胜杨柯欣冯晓云西南交通大学电气工程学院四川省成都市610031

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... 详细信息

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。

关键词：电力电子变压器双有源全桥DC-DC变换器功率均衡控制动态响应

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

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中国电机工程学报 2018年第8期38卷 2439-2447页

作者：杨柯欣宋文胜安峰侯聂西南交通大学电气工程学院

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... 详细信息

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。

关键词：电流源双向有源全桥DC-DC变换器动态特性混合控制

基于模型前馈的双有源全桥DC-DC变换器电流应力优化方法

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电工技术学报 2019年第14期34卷 2946-2956页

作者：安峰杨柯欣王嵩罗书聪冯晓云西南交通大学电气工程学院

为了减小双有源全桥DC-DC变换器的电流应力,提高变换器的效率,同时显著增强变换器的动态性能,本文在双重相移控制的基础上提出一种基于模型前馈的电流应力优化方法。该方法通过建立变换器输出电压的离散模型并引入前馈控制,同时结合电... 详细信息

为了减小双有源全桥DC-DC变换器的电流应力,提高变换器的效率,同时显著增强变换器的动态性能,本文在双重相移控制的基础上提出一种基于模型前馈的电流应力优化方法。该方法通过建立变换器输出电压的离散模型并引入前馈控制,同时结合电流应力优化计算,可以实现变换器效率优化并显著地提高其对于负载突变和输入电压突变的响应能力。同时,该方法可以有效地改善变换器的起动特性,使得输出电压在无明显超调的情况下直接达到给定电压值。最后,搭建了以TMS320F28335为核心控制器的基于SiC MOSFET的双有源全桥DC-DC变换器小功率实验样机,以传统的单重相移电压闭环控制方法和双重相移电流应力优化控制为参考,对所提出的基于模型前馈的电流应力优化方法进行对比实验,实验结果验证了所提控制方法的正确性与有效性。

关键词：双有源全桥DC-DC变换器双重相移控制模型前馈效率动态响应

基于一种新型导通压降采样电路的IGBT器件结温在线监测方法

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电源学报 2022年

作者：赵蕤杨柯欣唐涛宋文胜西南交通大学电气工程学院

绝缘栅双极晶体管IGBT(insulatedgatebipolartransistor)是电力电子变流系统的核心器件，也是变流系统可靠性较为薄弱的关键部件之一。结温及波动规律又是影响IGBT器件可靠性的重要指标参数，因此，开展IGBT器件结温在线监测具有重要意...

绝缘栅双极晶体管IGBT(insulatedgatebipolartransistor)是电力电子变流系统的核心器件，也是变流系统可靠性较为薄弱的关键部件之一。结温及波动规律又是影响IGBT器件可靠性的重要指标参数，因此，开展IGBT器件结温在线监测具有重要意义和价值。热敏感电参数法具有在线能力强、非侵入和快响应等特点，成为了当前的研究热点。本文以导通压降为热敏感电参数，重点研究了一种基于导通压降的IGBT结温在线监测方法。首先通过双脉冲测试电路获取IGBT导通压降、集电极电流和结温数据；然后，基于所测数据构建了IGBT集电极电流、结温与导通压降的三维映射表征模型；最后设计了一种新型导通压降采样电路，并开展IGBT 结温的在线监测实验研究，实验结果验证所得三维结温表征模型的准确性和有效性。

关键词：