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基于交错并联boost变换器的耦合电感综合建模与多目标优化方法

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电工技术学报 2022年第24期37卷 6399-6410页

作者：马小勇王萍王议锋陶珑杨绍琪天津大学电气自动化与信息工程学院天津300072

为实现电感体积与变换器效率的双重优化,该文基于大功率交错并联boost变换器,提出一种耦合电感综合建模与多目标优化方法。首先,基于输入电流纹波约束,建立耦合电感电气参数取值的数学模型。其次,优化传统E型耦合电感绕组布局,提出绕组... 详细信息

为实现电感体积与变换器效率的双重优化,该文基于大功率交错并联boost变换器,提出一种耦合电感综合建模与多目标优化方法。首先,基于输入电流纹波约束,建立耦合电感电气参数取值的数学模型。其次,优化传统E型耦合电感绕组布局,提出绕组均分的电感设计方案。在此基础上,以耦合电感的关键参数(开关频率、耦合系数以及磁心截面积)为设计变量,建立电感体积和变换器效率的综合模型。以综合模型为基础,通过设计变量的迭代运算,获得效率和电感体积的Pareto前沿,从而为耦合电感的多目标优化提供理论依据。最后,对比制作基于耦合与非耦合电感的20kW实验样机。结果表明,基于耦合电感的实验样机最高效率为98.43%,较非耦合电感提高了0.21%,且耦合以后电感体积下降了32%。

关键词：交错并联boost变换器耦合电感综合建模多目标优化

光伏发电最大功率点跟踪交错并联boost变换器的动力学特性分析

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中国电机工程学报 2013年第6期33卷 38-45,7页

作者：谢玲玲龚仁喜李畸勇广西大学电气工程学院广西省南宁市530004

DC-DC变换器作为光伏发电最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)控制器的核心部分,其动力学特性对系统的性能产生影响。该文基于非线性动力学系统理论,建立了光伏发电最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)... 详细信息

DC-DC变换器作为光伏发电最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)控制器的核心部分,其动力学特性对系统的性能产生影响。该文基于非线性动力学系统理论,建立了光伏发电最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)交错并联boost变换器的离散迭代映射模型,在此基础上采用分岔图、时域波形图、相轨迹图方法,研究了其动力学特性,并与一般boost变换器特性进行比较。理论与实验结果均表明,在相同电路参数的情况下,与一般boost变换器相比,交错并联boost变换器的稳定域更大,电感电流和电容电压的纹波小、变化幅度小,更适用于光伏发电MPPT。

关键词：交错并联boost变换器光伏发电最大功率点跟踪离散迭代映射

一种适用于光伏发电系统的新型两相交错并联boost变换器

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可再生能源 2015年第11期33卷 1614-1618页

作者：程千张代润程满黄钰四川大学电气信息学院四川成都610065

针对传统两相交错并联boost变换器输出电压增益较低,开关器件的电压应力较高的缺陷,文章在传统两相交错并联boost变换器的基础上增加了2个二极管和3个电容,并进行了结构上的改进。在此基础上分析了占空比D>0.5时的工作原理,结果表明,新... 详细信息

针对传统两相交错并联boost变换器输出电压增益较低,开关器件的电压应力较高的缺陷,文章在传统两相交错并联boost变换器的基础上增加了2个二极管和3个电容,并进行了结构上的改进。在此基础上分析了占空比D>0.5时的工作原理,结果表明,新拓扑具有传统拓扑输入电流纹波小的优点,并且在相同的占空比下,其输出电压增益为传统拓扑的4倍,同时开关管和二极管的电压应力也得到了明显减小。最后,通过Matlab/Simulink仿真验证了理论分析的正确性。

关键词：交错并联boost变换器电流纹波电压增益电压应力

基于降阶模型的交错并联boost变换器控制策略研究

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基于降阶模型的交错并联Boost变换器控制策略研究

作者：肖东毅广西大学

学位级别：硕士

在分布式能源广泛应用的背景下,直流微电网成为近年来的研究热点。boost变换器通常作为直流微电网与分布式电源的接口。但是常规的DC-DC变换器并不能很好应对电流应力大、电压增益高的应用场景。因此,本文研究了交错并联boost变换器、... 详细信息

在分布式能源广泛应用的背景下,直流微电网成为近年来的研究热点。boost变换器通常作为直流微电网与分布式电源的接口。但是常规的DC-DC变换器并不能很好应对电流应力大、电压增益高的应用场景。因此,本文研究了交错并联boost变换器、交错并联Nx多电平boost变换器以及交错并联双boost变换器这三种拓扑结构的变换器,分别建立了降阶模型。根据所建立模型提出控制方法,提高了交错并联boost变换器的系统性能。本文主要工作在于:（1）交错并联boost变换器是一个多输入单输出的高阶非线性系统,为了简化控制器设计,建立了交错并联boost变换器的降阶模型。通过选择适当的输出函数,采用逆系统理论将降阶后的非线性系统转换为一个伪线性系统。针对伪线性系统,应用最优控制理论设计最优PD控制器。相比较于常规PI控制,所提出的逆系统最优控制策略具有更好的动态性能。（2）针对于交错并联Nx多电平boost变换器,建立了其降阶模型,克服了该种变换器全阶模型阶数过高的缺点。对带恒功率负载的交错并联Nx多电平boost变换器系统,在所提出的降阶模型的基础上设计了基于非线性扰动观测器的自适应滑模控制器。应用非线性观测器观测变换器输出功率,避免了采样电路由于外部干扰导致的误差。引入自适应律改善滑模控制的抖振现象,提高了控制系统对于电路参数的变化的适应能力。（3）针对交错并联双boost变换器,建立了其降阶模型,将系统阶数降低至2阶。应用微分几何理论,在所提出的降阶模型满足精确反馈线性化条件的情况下,将反馈线性化理论用于降阶后非线性的交错并联双boost变换器系统,使其转换为一个线性系统。针对精确反馈线性化后的线性系统,应用线性控制理论设计了最优控制器。对以上三种交错并联boost变换器的控制系统,在带恒功率负载情况下进行了仿真以及实验样机验证,结果表明,所提出的控制策略是正确有效的。

关键词：交错并联boost变换器降阶模型恒功率负载反馈线性化非线性控制

LCL型交错并联boost变换器的设计及预测控制研究

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LCL型交错并联Boost变换器的设计及预测控制研究

作者：段志田辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

随着煤炭、石油、天然气等不可再生资源的过度消耗以及环境污染等问题的日益严重,研究可再生的、环保的新型能源迫在眉睫。光伏发电、风力发电、燃料电池等新型能源得到了很好的发展,其中太阳能电源及燃料电池等新能源组成的微网系统和... 详细信息

随着煤炭、石油、天然气等不可再生资源的过度消耗以及环境污染等问题的日益严重,研究可再生的、环保的新型能源迫在眉睫。光伏发电、风力发电、燃料电池等新型能源得到了很好的发展,其中太阳能电源及燃料电池等新能源组成的微网系统和并网系统得到了广泛应用。在这些系统中,需要DC-DC变换器实现不同电压转换,而且对DC-DC变换器的输入电压范围和质量提出了更高的要求,如何提高输出电压与输入电压之比及优化控制方法具有重要研究意义。为了提高传统boost变换器输出电压与输入电压之比、减小开关器件电压应力和电感电流纹波,设计了一种改进型LCL交错并联boost变换器升压装置。把开关电感单元的二极管换成电容,得到新型LCL单元,该单元使升压效果更好,对LCL单元的电感进行耦合集成。通过对变换器的工作原理和性能分析,该升压装置提高了输出电压与输入电压之比,D>0.5时提高最大,是传统boost变换器的4倍;耦合集成电感使电流纹波减小53.13%;开关管电压应力减小,D>0.5时减小最大,是输出电压的一半。同时研究了变换器的故障检测,讨论了MOSFET管和二极管开路、短路对变换器的影响,对系统性能测试做了总结。为了更好地改善输出电能品质,文中选用模型预测控制方法。分别列写出变换器在D0.5时及不考虑电感等效串联电阻和考虑电感等效串联电阻的状态方程,建立了以输出电压V和电感电流i的预测模型,进而预测该升压装置在不同工作模态下的下一采样时刻的V和i。在Matlab Simulink仿真环境下对其进行仿真验证,结果表明能准确预测下一采样时刻的V和i。最后设计了一台100W改进型LCL交错并联boost变换器升压装置,验证了理论分析的正确性。

关键词： LCL单元耦合集成交错并联boost变换器故障检测预测控制

带开关电容网络的交错并联高增益boost变换器

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电工技术学报 2012年第11期27卷 153-159页

作者：陆治国郑路遥马召鼎刘捷丰秦煜森重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室重庆400044

提出了一种新颖的带开关电容网络的交错并联高增益boost变换器,对其工作原理和特性进行了详细分析。变换器的拓扑在传统两相交错并联boost变换器的基础上增加了一个二极管和两个电容,并进行改进,构成了开关电容网络。与传统两相交错并联... 详细信息

提出了一种新颖的带开关电容网络的交错并联高增益boost变换器,对其工作原理和特性进行了详细分析。变换器的拓扑在传统两相交错并联boost变换器的基础上增加了一个二极管和两个电容,并进行改进,构成了开关电容网络。与传统两相交错并联boost变换器相比,新拓扑不仅输入电流纹波减小,而且在相同的占空比下实现了更高的电压增益,开关器件的电压应力得以减小。因此,新拓扑非常适合应用于低压输入、高压输出的场合,如燃料电池、光伏发电等系统。最后,通过实验验证了理论分析的正确性。

关键词：开关电容网络交错并联boost变换器电压增益电压应力

一种隔离型有源箝位交错并联boost软开关变换器

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中国电机工程学报 2008年第27期28卷 7-11页

作者：吕晓东李武华吴建德何湘宁浙江大学电气工程学院浙江省杭州市310027

采用原边并联/副边并联的交错结构,提出了一种新型的隔离型有源箝位交错并联boost软开关变换器。耦合电感的漏感限制了输出二极管关断电流的下降速率,抑止了输出二极管的反向恢复,大大减小了反向恢复电流引起的损耗。由有源开关和箝位... 详细信息

采用原边并联/副边并联的交错结构,提出了一种新型的隔离型有源箝位交错并联boost软开关变换器。耦合电感的漏感限制了输出二极管关断电流的下降速率,抑止了输出二极管的反向恢复,大大减小了反向恢复电流引起的损耗。由有源开关和箝位电容组成的箝位电路吸收并无损的转移了漏感能量,消除了主开关管上的电压尖峰,而两相交错并联电路只需要一组箝位电路,大大简化了电路结构。在整个开关周期内,主开关管和辅助开关管都是零电压软开关动作,大大减小了开关损耗。最后,设计了一台40V输入、380V输出的1kW试验样机。试验结果表明,所有的功率器件均为软开关工作。

关键词：交错并联boost变换器有源箝位零电压软开关

交错并联开关电感boost变换器的失稳分析与控制

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电测与仪表 2023年第8期60卷 14-19,50页

作者：顾志铭周宇飞熊向晖安徽大学电气工程与自动化学院合肥230601

为提高输出电压增益,减小开关管电压应力,将开关电感结构代替传统电感嵌入到交错并联boost变换器中。利用频闪映射法得到交错并联开关电感boost变换器在峰值电流控制下的离散数学模型,并通过分岔图、相轨图、Jacobian矩阵特征值研究其... 详细信息

为提高输出电压增益,减小开关管电压应力,将开关电感结构代替传统电感嵌入到交错并联boost变换器中。利用频闪映射法得到交错并联开关电感boost变换器在峰值电流控制下的离散数学模型,并通过分岔图、相轨图、Jacobian矩阵特征值研究其失稳机理,结合参数共振微扰与电荷控制的优点,设计了补偿方案对失稳系统进行混沌控制。研究结果表明,开关电感的嵌入有效拓宽了交错并联boost变换器的稳定范围,并通过补偿方案使得混沌系统重回周期-1稳态,提高了变换器的工作性能和稳定性。

关键词：开关电感交错并联boost变换器失稳机理混沌控制

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一种改进型交错并联高增益boost变换器

电源学报 2017年第5期15卷 16-24页

作者：荣德生段志田辽宁工程技术大学电气与控制工程学院葫芦岛125105

传统boost变换器存在电压增益低、开关器件电压应力高和电感电流纹波大等问题,为了解决这些问题,设计一种具有开关电容/电感的改进型交错并联高增益boost变换器。该变换器用两个开关电容/电感分别代替储能电感L_1、L_2,并对开关电感进... 详细信息

传统boost变换器存在电压增益低、开关器件电压应力高和电感电流纹波大等问题,为了解决这些问题,设计一种具有开关电容/电感的改进型交错并联高增益boost变换器。该变换器用两个开关电容/电感分别代替储能电感L_1、L_2,并对开关电感进行耦合集成;再加入一个电容C_3,既可提高电压增益又能降低开关管电压应力;分析了变换器的工作原理,推导了电压增益公式;分析了开关管电压应力和电感电流纹波,给出了耦合电感设计方案。理论分析和实验表明该变换器具有以下优点:电压增益提高,尤其在占空比D>0.5时,是传统boost变换器的4倍;对电感的耦合集成不仅减小了磁件体积,降低磁元件损耗,而且使电感电流纹波减小近一半;开关管电压应力减小,在占空比D>0.5时,开关管的电压应力是输出电压的一半。

关键词：开关电容开关电感耦合集成交错并联boost变换器