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V2G车网互联的双向ac/dc变换器直流阻抗模型及特性分析

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电器与能效管理技术 2024年第4期 74-81,89页

作者：张颖伏睿唐林权荣高升申亚波国网新疆电力有限公司新疆乌鲁木齐830011 国网新疆电力有限公司经济技术研究院新疆乌鲁木齐830011

双向ac/dc变换器的控制及直流输出阻抗是电动汽车充电桩并网运行及稳定性分析的关键。首先,提出含直流下垂环节的虚拟同步电机(VSM)控制策略,并利用上层功率指令实现双向ac/dc变换器直流电压的无差调节。然后,建立VSM功率控制环小信号模... 详细信息

双向ac/dc变换器的控制及直流输出阻抗是电动汽车充电桩并网运行及稳定性分析的关键。首先,提出含直流下垂环节的虚拟同步电机(VSM)控制策略,并利用上层功率指令实现双向ac/dc变换器直流电压的无差调节。然后,建立VSM功率控制环小信号模型,分析有功功率传输、有功功率指令与直流电压间的交互作用及影响。接着,建立双向ac/dc变换器在直流下垂VSM控制策略下的直流输出阻抗模型,详细分析阻尼系数、惯性系数、直流侧电容、传输功率、直流下垂系数等关键参数对直流输出阻抗的影响。最后,通过仿真及阻抗测量验证了所提直流下垂VSM控制策略的有效性和阻抗模型的正确性。

关键词：双向ac/dc变换器直流下垂VSM控制小信号阻抗模型阻抗测量

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单级式隔离型三相双向ac/dc变换器及其SVPWM调制策略

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中国电机工程学报 2015年第15期35卷 3886-3894页

作者：顾玲金科周慧龙江苏省新能源发电与电能变换重点实验室(南京航空航天大学) 江苏省南京市210016

为了同时实现升降压ac/dc变换和高功率因数控制,提出一种单级式隔离型三相双向ac/dc变换器及其改进型空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)策略。该拓扑具有功率因数高、升降压输出、高频电气隔离以及电能双向... 详细信息

为了同时实现升降压ac/dc变换和高功率因数控制,提出一种单级式隔离型三相双向ac/dc变换器及其改进型空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)策略。该拓扑具有功率因数高、升降压输出、高频电气隔离以及电能双向流动的优点,适合作为380 V直流微网与电网之间的接口变换器。它与传统的三相电压型脉宽调制整流器相比,不需要外加工频变压器或者dc/dc降压变换环节,具有功率密度更高、成本更低的优点。给出变换器的推导过程以及工作原理,提出基于该拓扑的SVPWM调制策略,并分析变换器的直通问题。最后,在实验室研制一台由DSP TMS320F2812控制的3 kW原理样机,实验结果验证了所提出的拓扑及其SVPWM算法的可行性。

关键词：双向ac/dc变换器空间矢量脉宽调制高频电气隔离三相逆变器直流微网

基于虚拟频率的隔离型双向ac/dc变换器最小电流应力控制策略

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高电压技术 2021年第8期47卷 2914-2922页

作者：郭东鑫贾燕冰任春光韩肖清孟祥齐王弈赫太原理工大学电力系统运行与控制山西省重点实验室太原030024

针对隔离型双向ac/dc变换器提出一种基于虚拟频率的最小电流应力控制策略。首先,分析了三重移相(triple phase shift,TPS)控制方法的开关特性,并设计了基于TPS的移相全桥最小电流应力控制算法。然后,针对输出功率与移相比呈非线性的特点... 详细信息

针对隔离型双向ac/dc变换器提出一种基于虚拟频率的最小电流应力控制策略。首先,分析了三重移相(triple phase shift,TPS)控制方法的开关特性,并设计了基于TPS的移相全桥最小电流应力控制算法。然后,针对输出功率与移相比呈非线性的特点,提出虚拟频率控制方法,该算法不仅可以将非线性控制简化为线性化,还可实现交直流变换器单级转换,有效减小中间母线电容,降低系统电流应力。最后,基于TMS320F28335的实验平台对所提出的控制策略进行了实验验证。实验结果表明,当功率双向传输时,所提控制策略能有效地减小变换器的电流应力。

关键词：单相变换器双向ac/dc变换器三重移相控制最小电流应力虚拟频率控制

双移相加变频控制的隔离型双向ac/dc变换器控制策略

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电网技术 2019年第5期43卷 1826-1833页

作者：周一雄秦文萍王祺任春光韩肖清太原理工大学电气与动力工程学院山西省太原市030024

提出了一种双移相(dual-Phase-shift,DPS)加变频控制(variable-frequency control,VF)的隔离型双向ac/dc变换器控制策略。该隔离型双向ac/dc变换器拓扑由双有源桥(dual active bridge, DAB)和同步整流器(synchronous rectifier,SR)构成。所提策略通过变频控制,将双移相控制中移相比与输出功率的非线性关系转换为线性关系,使控制变的简单。同时,该控制方法可有效降低开关损耗,且中间电容参数值较小,减小了变换器体积。详细介绍和分析了该隔离型双向ac/dc变换器的控制原理,给出了DAB开关管零电压开通的条件,最后通过仿真与实验验证了所提控制策略的正确性与有效性。

关键词：单相变换器双向ac/dc变换器双移相控制变频控制

一种适用于电动汽车的无电解电容单级双向ac/dc变换器

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电子器件 2023年第4期46卷 999-1004页

作者：王文龙陈立辉侯晨光邢台职业技术学院汽车工程系河北邢台054000 河北师范大学职业技术学院河北石家庄050024 河北省特种车辆改装技术创新中心河北邢台054000

针对电动汽车充电电源额外热量产生影响电池使用寿命的问题,提出一种无电解电容隔离式单级双向ac/dc变换器。该变换器能有效阻止低频功率纹波注入电池单元,减少了额外热量的产生;同时电解电容的消除也大大提高了系统的可靠性。控制策略... 详细信息

针对电动汽车充电电源额外热量产生影响电池使用寿命的问题,提出一种无电解电容隔离式单级双向ac/dc变换器。该变换器能有效阻止低频功率纹波注入电池单元,减少了额外热量的产生;同时电解电容的消除也大大提高了系统的可靠性。控制策略方面,提出的一种四相控制器,不仅能使所有开关管实现零电压开关(Zero Voltage Switch,ZVS),并在导通损耗进行了性能优化。最后,通过PSIM仿真软件和实验样机,验证了理论分析的正确性和可行性。

关键词：电动汽车充电无电解电容双向ac/dc变换器 ZVS

基于V2G的双向ac/dc变换器控制技术及电流畸变问题的研究

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电源学报 2018年第2期16卷 45-50页

作者：荆磊张俊峰邱茂航刘波陈敏浙江大学电气工程学院杭州310027 广东电网有限责任公司电力科学研究院广州510080

随着智能电网和电动汽车技术的发展,V2G(vehicle-to-grid)概念受到越来越多的关注,其核心思想在于电动汽车和电网的双向互动,通过调度实现电动汽车的有序充放电,缓和新能源发电接入电网带来的波动,优化电网运行。双向变换器是实现V2G技... 详细信息

随着智能电网和电动汽车技术的发展,V2G(vehicle-to-grid)概念受到越来越多的关注,其核心思想在于电动汽车和电网的双向互动,通过调度实现电动汽车的有序充放电,缓和新能源发电接入电网带来的波动,优化电网运行。双向变换器是实现V2G技术的核心装置,其不仅需要实现能量的双向流动,还要能够控制输入输出的电能质量,这便对变换器的控制提出了更高的要求。针对双向变换器的关键控制技术进行了分析、比较,选取了单极性PWM调制和平均电流控制作为本文所提双向变换器的控制策略;同时就单极性调制下电流过零点畸变的问题进行了理论分析,并且提出了一种改进的过零点控制策略。最后通过一个3 k W的双向ac/dc变换器实验平台证实了所提方法的有效性和可行性。

关键词：双向ac/dc变换器 V2G 单极性调制电流过零点畸变

交直流混合微电网双向ac/dc变换器控制策略研究

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交直流混合微电网双向AC/DC变换器控制策略研究

作者：王桂烁山东大学

学位级别：硕士

交直流混合微电网兼备交流微电网和直流微电网的优势,成为未来建设微电网的大势所趋。其内部的双向ac/dc变换器作为能量交换重要枢纽,核心功能是完成两子微网间能量流动和保障交直流母线电压、频率稳定。但是,当交流子网中存在非线性负... 详细信息

交直流混合微电网兼备交流微电网和直流微电网的优势,成为未来建设微电网的大势所趋。其内部的双向ac/dc变换器作为能量交换重要枢纽,核心功能是完成两子微网间能量流动和保障交直流母线电压、频率稳定。但是,当交流子网中存在非线性负载时,产生谐波,其谐波电流通过供电线路时,会造成同一电网内电流以相同频率波动,进一步导致电网内电压和电流畸变,降低了系统内的供电质量。此外,交直流混合微电网在完成并/离网模式切换过程中,微电网系统与公共电网频率、相位和电压幅值存在差异,贸然切换会产生瞬间过电流冲击,威胁到微电网系统和公共电网的稳定运行。双向ac/dc变换器合理控制策略的制定,可以降低交流子网中存在非线性负载和并/离网模式切换情况对微电网系统的影响。本文从理论分析、控制策略改进和对比实验仿真三个环节展开研究,具体工作如下:首先,本文设计了交直流混合微电网系统架构网络。建立了交直流混合微电网中常见的分布式发电单元（Distributed Generation Unit,DG）模型,包括光伏发电单元、风力发电单元和储能单元。结合交直流混合微电网的运行模式,设计了不同模式下的分布式发电单元控制,通过仿真实验对设计的分布式发电单元控制进行仿真验证。针对并网模式下交流子网含有非线性负载,造成交流母线电流失真,降低电能传输质量的问题。本文对下垂控制和Fryze-Buchholz-Depenbrock（FBD）谐波检测方法结合的控制策略改进,设计了一种并网改进抑制谐波电流控制策略。改进FBD谐波电流检测方法通过具有自解耦网络的解耦双同步坐标系锁相环（Decoupled Double Synchronous Reference Frame Phase Locked Loop,DDSRF-PLL）,消除零、负序基频分量影响,受到非线性负载干扰时,可以实现精确的相位检测。同时采用LMS自适应滤波器代替传统FBD谐波检测方法中低通滤波器（Low Pass Filter,LPF）,可在负载电流突然变换时增强动态响应能力,解决低通滤波器截止频率不能兼顾FBD谐波电流检测方法检测精度和响应速度问题。通过仿真实验,并网改进抑制谐波电流控制策略对比原控制策略,在非理想工况时,总谐波失真（Total Harmonic Distortion,THD）减小了 0.45%,证明了所设计改进控制策略的有效性和可行性。针对交直流混合微电网并网和孤岛模式切换过程中存在瞬态过电流和电压,从而导致传输功率突变,影响微电网系统稳定和安全问题,设计了一种基于干扰观测器的改进下垂控制无缝切换控制策略。根据下垂控制在并网和孤岛模式的功率传输计算方法不同,通过检测公共电网公共连接点处电流和频率实现自适应切换。当孤岛到并网模式切换,因为微电网和公共电网频率、相位、幅值的差异造成冲击,严重时会造成系统崩溃,设计了预同步控制。在预同步下垂控制的基础上进行改进,通过电流内环与干扰观测器（Disturbance Observer,DOB）结合,能够快速跟踪系统电流的扰动进行抑制,实现孤岛到并网的平滑切换。通过进行仿真验证,所设计方法的改进无缝切换控制策略能够有效抑制传统无缝切换控制策略在模式切换过程中的波动,且改进控制策略模式切换过程中的交直流母线电流、电压、频率和功率具有更加平滑稳定,证明了所设计控制策略的有效性。

关键词：交直流混合微电网双向ac/dc变换器谐波电流抑制无缝切换下垂控制

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基于LLC谐振的双向ac/dc变换器设计

基于LLC谐振的双向AC/DC变换器设计

作者：孙继鑫哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

储能系统拥有广泛的应用前景,除了可再生能源上的应用外,也可应用于紧急备用电力系统,甚至是智能电网、电动汽车等新兴技术。储能技术皆为不可或缺的核心技术。随着储能技术的不断进步,储能系统中所要使用的双向ac/dc变换器的也将受到... 详细信息

储能系统拥有广泛的应用前景,除了可再生能源上的应用外,也可应用于紧急备用电力系统,甚至是智能电网、电动汽车等新兴技术。储能技术皆为不可或缺的核心技术。随着储能技术的不断进步,储能系统中所要使用的双向ac/dc变换器的也将受到广泛的关注。双向ac/dc变换器在实现储能系统和电网的能量双向转换方面的作用至关重要。本文主要研究适用于储能系统的双向ac/dc变换器主电路及其关键技术。本文设计了基于PWM调制策略的占空比前馈控制方案。采用简化PWM控制,能有效降低变换器的开关损耗。推导了简化PWM调制下的状态方程,设计了占空比前馈控制方案,研究了在简化PWM调制下利用占空比前馈控制,全桥ac/dc变换器的工作情况,给出了仿真结果。分析了双向LLC谐振变换器正反向工作特性,设计了同步整流控制方案和交错并联方案。由双向LLC谐振变换器的正反向交流等效模型,推导出正反向阻抗和电压增益方程,详细分析了其正反向工作特性,确定了LLC谐振变换器的理想工作区域。设计了低压侧同步整流管驱动的控制方案和交错并联方案。设计了系统元件和补偿环路参数,搭建了实验系统。根据设计指标,完成了系统主要参数设计,为确保系统稳定运行,分别设计了全桥ac/dc变换器和LLC谐振变换器的控制补偿环路。通过所搭建的实验系统,验证了双向ac/dc变换器的正反向软启动、功率换向控制、开关管零电压开通(ZVS)等功能,测试了系统具有较好的动态响应,最后对变换器效率进行了测试。通过理论分析,仿真研究和实验验证表明:使用简化PWM调制和占空比前馈控制结合能有效降低控制难度,减小全桥ac/dc变换器的开关损耗;选择合适的工作区域,设计LLC谐振变换器参数,使其工作在ZVS区域,有助于提高其效率。

关键词：双向ac/dc变换器简化PWM调制双向LLC谐振变换器软开关

基于DSP的双向ac/dc变换器的设计与实现

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基于DSP的双向AC/DC变换器的设计与实现

作者：杨明西安科技大学

学位级别：硕士

在实际的电力系统中，随着电力电子装置的应用日益广泛及电机、变压器等非线性负载的影响，电网谐波和无功问题日益严重，给电力输配电系统及附近的其它电气设备带来许多问题。而PWM双向ac/dc变换器可获得高功率因数，低谐波污染以及能... 详细信息

在实际的电力系统中，随着电力电子装置的应用日益广泛及电机、变压器等非线性负载的影响，电网谐波和无功问题日益严重，给电力输配电系统及附近的其它电气设备带来许多问题。而PWM双向ac/dc变换器可获得高功率因数，低谐波污染以及能量的双向流动等优点，因而具有广泛的应用前景。本文首先分析了PWM双向ac/dc变换器的发展及其研究概况，并对不同拓扑结构及其控制策略的优缺点进行了分析和比较。在此基础上对单相电压型PWM双向ac/dc变换器进行了详细分析。分析了单相电压型PWM双向ac/dc变换器的工作原理、数学等效模型及其控制策略。同时在引入开关函数的基础上对双向ac/dc变换器在单极性PWM调制下的波形进行了分析。其次，本文给出了系统整体设计方案和详细的设计过程，硬件电路设计主要探讨了变换器主电路、控制电路、驱动电路、采样调理电路的详细设计过程，及其主要参数的计算及其器件选型。软件设计基于TMS320F28035作为控制器，详细编写了软件设计流程，同时也讨论了双向ac/dc变换器的控制策略，对间接电流控制和直接电流控制进行了比较，详细分析了直接电流控制下的电压外环及电流内环PI控制器的设计及数字实现。在理论研究的基础上，搭建了以TMS320F28035为控制核心的800W单相双向ac/dc变换器的实验样机，通过对样机的调试得到了变换器开关管的驱动波形及其工作在整流、逆变模式下的网侧电压、电流波形。进过对这些波形的分析，验证了本文设计的合理可行性。

关键词：双向ac/dc变换器功率因数控制直接电流控制 PWM调制