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多相交错并联DC-DC变换器在相电感偏差时的电流重构策略

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电工技术学报 2024年

作者：王涛赵丛森谭长成向和达重庆理工大学电气与电子工程学院重庆理工大学重庆市能源互联网工程技术研究中心重庆青山工业有限责任公司国网四川超高压公司

针对交错并联DC-DC变换器相电感值偏差导致现有电流重构方法精度下降的问题，该文提出一种新型单电流传感器重构策略，实现在全占空比范围内交错电感偏差时各相电流的准确重构。首先，该文量化分析相电感偏差对现有电流重构方法的影响... 详细信息

针对交错并联DC-DC变换器相电感值偏差导致现有电流重构方法精度下降的问题，该文提出一种新型单电流传感器重构策略，实现在全占空比范围内交错电感偏差时各相电流的准确重构。首先，该文量化分析相电感偏差对现有电流重构方法的影响，分析结果表明，20%的电感偏差将导致重构电流产生高达18%的偏差。因此，该文进一步提出一种电感在线估算方法，通过在一个开关周期内对直流母线电流多次采样，实时计算各相交错电感值。在此基础上，基于直流母线电流的采样值和估算电感值，构建在连续导通模式（CCM）和断续导通模式（DCM）下相电流重构的数学模型，实现相电流的准确重构。最后，搭建了一套三相交错并联变换器样机，实验对比分析了在相电感偏差时所提出的电流重构策略和已有的电流重构方法的重构效果，实验验证了本文所提出的重构策略的准确性和有效性。

关键词：交错并联变换器电流重构电感偏差单电流传感器

多相交错并联DC-DC变换器单电流传感器控制策略

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电工技术学报 2022年第4期37卷 964-975页

作者：郭强李山谢诗云杨奕重庆理工大学重庆市能源互联网工程技术研究中心重庆400054

针对多相交错并联DC-DC变换器相间均流问题,该文提出一种具有动态均流能力的单电流传感器控制策略。首先,根据变换器工作模态建立全息数学模型,深入分析造成相间电流不平衡的成因,推导出稳态下各相电流与寄生电阻、负载电流及占空比解... 详细信息

针对多相交错并联DC-DC变换器相间均流问题,该文提出一种具有动态均流能力的单电流传感器控制策略。首先,根据变换器工作模态建立全息数学模型,深入分析造成相间电流不平衡的成因,推导出稳态下各相电流与寄生电阻、负载电流及占空比解析表达式。其次,考虑器件非理想特性,利用恒定占空比交替测试法估算各相寄生电阻;将电压环控制器输出量作为基准值,引入占空比补偿因子实现相间电流均衡。然后,基于系统小信号模型利用频域法对控制环路进行分析,辅助Matlab/SISO设计工具,优化控制器零点位置与环路增益,并利用根轨迹研究负载变化对系统稳定性影响;同时增加负载电流前馈补偿环路以降低输出阻抗,进一步改善系统动态性能。最后,搭建三相交错并联Buck变换器数字控制实验样机进行稳态与动态测试,其结果验证了所提出控制策略的可行性与正确性。

关键词：交错并联变换器单电流传感器均流前馈控制

三相交错并联双向直流变换器无电流传感器均流控制

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高电压技术 2021年第3期47卷 894-902页

作者：李山赵瑜郭强付明朝重庆理工大学重庆市能源互联网工程技术研究中心重庆400054

针对三相交错并联双向直流变换器均流策略中,控制环路多、电流检测电路设计复杂的缺点,基于传统单闭环电压型控制方法,提出一种无电流传感器均流控制策略。以变换器降压模式为例,根据戴维宁定理建立其等效电阻电路模型,通过分析相间电... 详细信息

针对三相交错并联双向直流变换器均流策略中,控制环路多、电流检测电路设计复杂的缺点,基于传统单闭环电压型控制方法,提出一种无电流传感器均流控制策略。以变换器降压模式为例,根据戴维宁定理建立其等效电阻电路模型,通过分析相间电流与等效电阻、有效占空比的关系,明确了相间电流不平衡的主要原因是阻抗失配。为了消除其引起的电流不均衡,以任意一相为基准,推导出其余两相应补偿的占空比△D。同时给出了无电流传感器均流控制系统控制环路的设计方法,采用数字控制技术对控制器离散化处理,并对开关节点处占空比失配进行了补偿,避免因电流传感器精度低和设计不足对变换器的影响。仿真和在25 kW样机的实验结果表明,在各种失配与不同负载下,均流性能表现良好,稳压精度高,验证了理论分析的正确性与可行性。

关键词：交错并联变换器均流无电流传感器数字控制占空比补偿等效电阻

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三电平ANPC并联交错系统控制策略研究

三电平ANPC并联交错系统控制策略研究

作者：张为国中国矿业大学

学位级别：硕士

相比于多个逆变器并联的拓扑,交错并联拓扑具有更低的输出谐波,滤波要求更低,同时满足输出大电流的要求。本文以三相三电平ANPC交错并联逆变器为研究对象,分析了该拓扑基本原理、换流方式和器件损耗,并对其调制策略、控制方法以及中点... 详细信息

相比于多个逆变器并联的拓扑,交错并联拓扑具有更低的输出谐波,滤波要求更低,同时满足输出大电流的要求。本文以三相三电平ANPC交错并联逆变器为研究对象,分析了该拓扑基本原理、换流方式和器件损耗,并对其调制策略、控制方法以及中点电位平衡和桥臂间环流均衡等方面进行了深入研究。本文首先介绍了三相三电平ANPC交错并联系统拓扑结构,对其基本单元三电平ANPC半桥进行了换流方式和开关器件损耗分析,并进行仿真验证。分析了该拓扑桥臂间环流产生的机理,给出了桥臂间环流抑制方法。针对传统桥臂间环流抑制方法环流峰值高的问题,本文提出一种改进的SPWM算法。依据桥臂间环流抑制机理选择冗余开关状态,实现桥臂间环流的均衡,采用改进的零序电压注入SPWM算法,抑制环流峰值,并通过仿真在阻感负载及并网模式下验证了算法的有效性。针对SPWM算法在并网过程中鲁棒性差的问题,同时兼顾更好的中点电位平衡动态特性,提出了一种桥臂间环流抑制无权重因子的MPC算法。将桥臂间环流的均衡作为矢量筛选简化的条件之一,在离线条件下实现矢量的一次筛选,同时结合扇区筛选,大大降低参与滚动优化的矢量数量。通过仿真在阻感负载及并网模式下验证了算法的有效性。针对MPC算法开关频率不固定,中点电位波动和输出电流质量变差时,可能存在开关频率大幅度变化导致系统崩溃的问题,提出一种五段式的MPC算法。该算法在前文MPC算法矢量筛选简化基础上,选出最近三矢量组,进行二次筛选简化,五段式的矢量排布也简化了算法。通过仿真进行验证,该算法解决了开关频率不固定问题,并保留了并网鲁棒性高,中点电位平衡效果好的优点。在三相三电平ANPC交错并联逆变器实验平台上,对改进SPWM算法、MPC算法、MPC算法在带阻感负载情况下进行实验,验证了本文所研究算法的有效性。该论文有图95幅,表9个,参考文献90篇。

关键词：交错并联变换器中点电位桥臂间环流模型预测控制并网

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四相VRM中无直流偏磁集成磁件

电工技术学报 2012年第4期27卷 88-93页

作者：杨玉岗冯本成韩占岭李洪珠辽宁工程技术大学电气与控制工程学院葫芦岛125105

以消除直流偏磁和提高变换器输出性能为目的,提出了应用于四相电压调整模块的立体式集成磁件结构。利用"场"、"路"结合的方法分析了集成磁件消除直流偏磁的原理;推导得到集成磁件等效电路;并给出集成磁件的电磁设计方法。最后通过Saber... 详细信息

以消除直流偏磁和提高变换器输出性能为目的,提出了应用于四相电压调整模块的立体式集成磁件结构。利用"场"、"路"结合的方法分析了集成磁件消除直流偏磁的原理;推导得到集成磁件等效电路;并给出集成磁件的电磁设计方法。最后通过Saber仿真、3D Maxwell仿真和样机实验,验证了所提耦合磁件结构的可行性及交错并联变换器具有较好的输出性能。

关键词：直流偏磁四相电压调整模块立体式集成磁件等效电路交错并联变换器

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交错变换器中无直流偏磁阵列式集成磁件研究

电源技术应用 2008年第4期11卷 55-58,64页

作者：李洪珠李洪亮杨玉岗辽宁工程技术大学葫芦岛校区电气与控制工程学院辽宁葫芦岛125105

在开关电源中存储和传递直流功率,会在磁件铁心中产生较大的直流偏磁,限制了磁件铁心利用率和电源性能的提高。依据消除直流偏磁的思想,提出了一种应用于双通道交错并联型Buck变换器的可以改变漏感的阵列式集成磁件,分析了集成磁件消除... 详细信息

在开关电源中存储和传递直流功率,会在磁件铁心中产生较大的直流偏磁,限制了磁件铁心利用率和电源性能的提高。依据消除直流偏磁的思想,提出了一种应用于双通道交错并联型Buck变换器的可以改变漏感的阵列式集成磁件,分析了集成磁件消除直流偏磁的原理,给出了两种改变漏感的方法,通过电磁场仿真表明,集成磁件在磁路不存在气隙的结构下消除了直流偏磁。

关键词：集成磁件直流偏磁交错并联变换器气隙

基于SiC器件的集散式光伏发电系统损耗模型与分析

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电工电能新技术 2019年第2期38卷 80-87页

作者：张学庞云亭邱格张国驹裴玮孔力中国科学院电工研究所北京100190 中国科学院大学北京100049 北京天诚同创电气有限公司北京100176

光伏并网发电技术是解决能源危机和环境污染问题的主要技术手段。针对传统集中式光伏发电系统存在太阳能利用率和效率低问题,提出一种带有智能汇流箱的集散式光伏发电系统结构,并将SiC器件应用于智能汇流箱DC-DC变换器和并网DC-AC逆变器... 详细信息

光伏并网发电技术是解决能源危机和环境污染问题的主要技术手段。针对传统集中式光伏发电系统存在太阳能利用率和效率低问题,提出一种带有智能汇流箱的集散式光伏发电系统结构,并将SiC器件应用于智能汇流箱DC-DC变换器和并网DC-AC逆变器,给出了基于SiC器件的DC-DC变换器和DC-AC变换器的损耗模型。最终,通过仿真软件对所提出的光伏并网发电系统的损耗和效率进行了分析,仿真结果表明基于SiC器件集散式光伏发电系统能够有效提升系统效率。

关键词：碳化硅器件集散式光伏发电系统交错并联变换器逆变器损耗分析

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高升压比DC-DC变换器的研究

高升压比DC-DC变换器的研究

作者：张红哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

现代工业很多时候都需要用到升压变换器。传统BOOST变换器，由于极限占空比的限制往往只适合应用在升压不超过5倍的场合，所以在需要得到高升压的情况下，就要求人们另觅途径。人们在高增益DC-DC变换器方向的研究满足了诸如汽车前大灯... 详细信息

现代工业很多时候都需要用到升压变换器。传统BOOST变换器，由于极限占空比的限制往往只适合应用在升压不超过5倍的场合，所以在需要得到高升压的情况下，就要求人们另觅途径。人们在高增益DC-DC变换器方向的研究满足了诸如汽车前大灯、光伏系统以及蓄电池等工业应用需求。本课题针对工业领域对于高升压比变换器的需求，拟设计一种适合二级光伏系统的高增益DC-DC变换器。本文全面调研了高升压比DC-DC变换器的国内外发展现状，详细地分析了多个工作拓扑的利弊，并对基于耦合电感技术的几种高升压拓扑进行了量化对比，最终选择耦合电感电容倍压BOOST拓扑作为本文的研究重点。在分析了漏感对变换器的影响之后，确定了拓扑的基本参数，并进行了基于Saber的开环仿真验证;利用tdsa模块扫频得到了主拓扑开环传递函数bode图，并用双零点双极点补偿网络进行了电压闭环;最后在耦合电感电容倍压BOOST变换器的基础上进行了拓展研究，得到了交错并联结构的耦合电感电容倍压BOOST变换器，并进行了开环仿真，验证了方案可行性。本文经过仿真和实验，验证了耦合电感电容倍压BOOST变换器的可行性。实验结果证明其具有良好的升压能力，在负载切换过程中体现了较快的动态响应能力，能够快速平稳地输出目标电压。变换器在输出功率为100W到500W之间效率均在92%以上且在300W以上时效率能达到95%，其中在300W左右时效率最大为96.8%。

关键词：高升压比耦合电感 BOOST变换器交错并联变换器

车载双向DC-DC变换器-充电机集成系统的研究

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车载双向DC-DC变换器-充电机集成系统的研究

作者：袁子墨哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

近几年,以电动汽车为主的新能源汽车因为其环境污染小、节约能源等优势受到了广泛的关注,但电动汽车相关技术的迅速发展也带来了一系列需要解决的问题。其中,尚未完全攻克的充电技术阻碍了电动汽车的进一步普及。目前电动汽车主要通过... 详细信息

近几年,以电动汽车为主的新能源汽车因为其环境污染小、节约能源等优势受到了广泛的关注,但电动汽车相关技术的迅速发展也带来了一系列需要解决的问题。其中,尚未完全攻克的充电技术阻碍了电动汽车的进一步普及。目前电动汽车主要通过外部的充电桩或车内的电力电子装置充电。充电桩对场地和成本的需求高,并且往往需要针对性设计。车载充电装置能够解决充电配套设施建设的困难,但对充电系统的效率和体积要求高。本文主要针对车载集成充电系统展开研究,以三相交错并联作为主电路拓扑,对其工作原理、控制策略及仿真建模等内容进行了分析,提出了一种用于设计变换器参数的方法,并应用这种方法完成了集成充电系统的设计。首先,对三相交错并联变换器作主电路的集成充电系统的工作原理进行了分析,说明了交错并联结构对输入侧总电流纹波的抑制作用;用小信号分析法建立了主电路的动态模型,研究了交错并联变换器的控制策略;分别在仿真软件PLECS和MATLAB/Simulink中进行了Boost模式和充电模式的仿真,通过实验验证了控制策略的可行性。其次,为了使系统兼具高效率和高功率密度,提出了一种用于变换器关键参数最优设计的方法。结合了利用解析式和算法设计参数的优点,将系统的损耗和体积解析化;重点对电路中的功率电感进行了研究,包括其磁芯材料、正向设计流程及损耗分析;利用迭代的思想实现变换器中电感量和开关频率等参数的最优设计。最后,基于上述的拓扑结构和最优设计的参数结果完成了集成充电系统的设计。结合理论分析与仿真结果,对主电路中的功率器件、功率电感及输出电容进行了选型和设计;对Boost模式下的动态响应和充电模式下的网侧电能质量的仿真结果进行了重点分析;基于仿真软件LTSpice和功率器件的SPICE模型,对系统在两种工作模式下的损耗和效率进行了计算;进行了相关实验,对选用的功率器件进行了测试。

关键词：电动汽车集成充电交错并联变换器参数设计开关损耗