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基于V2G的两级式双向DC/AC变换器控制策略研究

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基于V2G的两级式双向DC/AC变换器控制策略研究

作者：吕镇宇中北大学

学位级别：硕士

随着环境的污染和碳中和理念的深化,可持续发展的理念逐渐加深,电动汽车作为清洁能源的重点代表,其自身的发展以及其衍生产品的研究逐渐成为热点。V2G(Vehicle to Grid)作为电动汽车交互电网的核心器件,其自身引发强烈关注。两级式V2G... 详细信息

随着环境的污染和碳中和理念的深化,可持续发展的理念逐渐加深,电动汽车作为清洁能源的重点代表,其自身的发展以及其衍生产品的研究逐渐成为热点。V2G(Vehicle to Grid)作为电动汽车交互电网的核心器件,其自身引发强烈关注。两级式V2G中双向DC/AC部分作为与电网直接相连的关键结构,对其器件的稳定运行与高质量的电能要求与转换效率有高标准的要求,因此其控制策略的研究成为核心关键。图腾柱无桥PFC(Power Factor Correction)拓扑因较小的共模干扰以及简单的拓扑优势,在DC/AC侧应用广泛。本文首先对图腾柱无桥PFC的数学模型进行推导,总结出开关状态与电压、电流关系。从经典的PID(Proportion Integration Differentiation)算法入手,建立了双闭环PI控制模型,且针对输出电流存在的谐波问题,在电流环引入了可针对特定频率次谐波的PR(Proportion Resonant)控制,减小电流环的谐波含量,对输出电流的谐波进行滤波并反馈;且针对母线电压中存在的二次纹波,在电压环引入了陷波器,降低电压环的输出参考电流谐波,并通过平台进行验证。根据拓扑的数学模型及其工作原理,推导其预测控制算法,且根据参数内部电流的变化关系,建立其代价函数进行数值优化。并且在理想状态模型的基础上建立系统中含扰动的模型,基于观测器的原理,提出在占空比预测控制中建立扩张状态观测器的模型将系统中的内扰合并外扰一起观测出来并反馈到系统中,搭建仿真模型对预测控制及观测器控制效果进行了验证。除了算法上的优化,拓扑结构上进行交错并联拓扑的引入,不仅实现了功率等级的提升,两相交错并联纹波相互抵消减小,并且硬件上器件的应力也得到了减半,并通过系统的数学模型与工作原理研究与图腾柱PFC的联系,将图腾柱PFC的控制策略带入到拓扑中,并通过仿真进行了验证。

关键词： V2G 图腾柱无桥PFC PID PR 占空比预测控制 ESO 交错并联

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交错并联Boost PFC技术的研究

交错并联Boost PFC技术的研究

作者：陈力西南交通大学

学位级别：硕士

电力电子技术的高速发展使电力电子装置得到广泛应用,由此造成的谐波污染也越来越严重,使电网的健康受到严重威胁。功率因数校正(Power Factor Correction,PFC)技术可以很好地解决电力电子装置谐波污染的问题。随着功率等级不断提高,使... 详细信息

电力电子技术的高速发展使电力电子装置得到广泛应用,由此造成的谐波污染也越来越严重,使电网的健康受到严重威胁。功率因数校正(Power Factor Correction,PFC)技术可以很好地解决电力电子装置谐波污染的问题。随着功率等级不断提高,使得对大功率PFC变换器需求越来越旺盛,而传统Boost PFC变换器一般只适合用于中小功率场合,而不适合用于大功率场合。将交错并联技术引入到Boost变换器中,能够有效地降低功率器件的电流应力、提升变换器的功率等级、减小输入电流纹波和开关损耗,非常适合用于大功率场合。因此本文将以交错并联Boost PFC变换器作为研究对象来具体研究交错并联技术的特点。本文首先简要介绍了功率因数校正技术的研究背景和发展现状,阐述了本课题的研究内容和研究意义,并对交错并联Boost PFC和传统的Boost PFC这两种变换器做了简单的对比分析。然后对电感电流连续模式(CCM)交错并联Boost PFC主电路的工作状态和特性进行了分析,介绍了交错并联PFC的控制策略和实现方式。接着对TI公司生产的UCC28070交错控制芯片进行了深入研究,在此基础上设计制作了一台基于UCC28070芯片的模拟控制交错并联Boost PFC实验样机。最后,本文对PFC的数字控制进行了研究,经过对比分析选择了一种先进的数字控制算法作为交错并联Boost PFC的数字控制策略,搭建了交错并联Boost PFC的数字控制仿真模型。在仿真过程中通过对控制系统的优化改进,解决了并联模块间的不均流问题。最终的仿真结果证明采用占空比预测控制算法的交错并联Boost PFC数字控制系统实现了并联模块间的均流,同时也表明该系统具有良好的功率因数校正效果和快速的动态调节能力。

关键词：谐波污染功率因数校正交错并联占空比预测控制

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数字开关电源的研究与设计

数字开关电源的研究与设计

作者：董宝磊东北大学

学位级别：硕士

开关电源为各种电子设备的正常工作提供动力来源,它是电子设备中最重要的组成部分。因此,具有良好性能的开关电源对电子设备而言尤为重要。利用数字控制方式的开关电源与模拟控制方式的开关电源相比,开关电源在灵活度、精度和稳定度等... 详细信息

开关电源为各种电子设备的正常工作提供动力来源,它是电子设备中最重要的组成部分。因此,具有良好性能的开关电源对电子设备而言尤为重要。利用数字控制方式的开关电源与模拟控制方式的开关电源相比,开关电源在灵活度、精度和稳定度等方面的性能都有显著的提升。本文对可以给闭路监控工程、仪器仪表、通讯设备、单片机、电子设备等各种设备供电的基于DSP控制的高频数字开关电源进行了研究和设计。首先,论文对开关电源的技术基础进行了学习和研究。论文学习和研究了开关电源的基本结构,包括开关电源的基本组成部分和其常用的拓扑结构,为后文开关电源拓扑结构的设计做铺垫;论文还学习和研究了开关电源常用的控制策略以及数字控制方法,为后文开关电源数字控制策略的研究以及数字控制系统的设计埋下伏笔。然后,论文根据研究对象和设计目标,对开关电源的主电路拓扑结构和以DSP为核心的控制系统进行了设计。论文设计的开关电源的主电路拓扑结构,包括PFC电路和DC/DC变换器的拓扑结构,论文分别对其电路参数进行了计算,并根据参数计算分别对其硬件电路进行了设计。论文研究与设计的开关电源数字控制系统是指以DSP芯片为核心的控制系统及其外围电路。接着,论文研究与设计了开关电源的数字控制策略,包括PFC电路控制策略和DC/DC变换器控制策略的研究,并使用Plecs软件分别对其进行了仿真分析。论文设计的数字控制策略,是在保证控制性能的基础上尽量减少运算,将数字控制芯片运算速度的优势发挥出来。论文还对数字控制策略进行了软件编程与设计,为后文的实验环节做准备。最后,论文根据前文的研究成果制作了实验样机,并对开关电源的样机进行了实验研究与分析。实验结果表明,论文设计的开关电源能够稳定运行,且系统可靠。

关键词：开关电源数字控制策略功率因数校正移相全桥变换器占空比预测控制

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变频空调数字PFC系统的研究

变频空调数字PFC系统的研究

作者：梁小斌哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

为了抑制谐波污染,改善电网品质,并符合家电谐波标准,变频空调的电源前级多带有功率因数校正环节。随着集成电路的不断发展和数字控制技术的不断成熟,变频空调功率因数校正环节的数字化控制成为研究热点之一。目前,大多数的PFC数字控制... 详细信息

为了抑制谐波污染,改善电网品质,并符合家电谐波标准,变频空调的电源前级多带有功率因数校正环节。随着集成电路的不断发展和数字控制技术的不断成熟,变频空调功率因数校正环节的数字化控制成为研究热点之一。目前,大多数的PFC数字控制算法是从以平均电流算法为代表的模拟PFC控制策略上转移过来的。由于传统的平均电流算法较为复杂,运算量较大。本文研究了一种新型的简单PFC算法。这种算法以占空比预测的方式代替了平均电流算法中电流环。这种基于占空比预测的PFC数字算法运算量较小,能直接抑制由输入电压有效值波动引起的输出电压波动,有更快的电流跟踪特性,非常适合应用于低成本的数字芯片控制中。传统的PFC算法的电压反馈环带宽较窄,仅为15Hz左右。在负载变化比较大时,其输出电压动态响应很差。因此,本文提出一种输出电压快速动态响应的算法,其电压反馈环的带宽能达到200Hz。这种方法对采样后的输入电压波形进行修正,使得在电压反馈环的带宽为200Hz时,电感电流的参考值仍然为正弦,从而兼顾了快速的输出电压动态响应和高的功率因数。本课题开发的数字PFC系统以IRMCF343为主要控制芯片。IRMCF343为独特的不对称双核结构。与实时控制有关的MCE内核采用图形化的编程方式,8051内核采用文本编程方式。本文完成了上述控制算法的图形化编程和8051内核的程序编写。并分别以实验来验证占空比预测算法和输出电压快速动态响应算法。最后,本文给出了硬件平台的设计。在数字PFC中,不同算法可以在同一个硬件平台下实现。本课题设计了一台输出功率1500W,输出电压380VDC的实验样机。实验结果满足设计要求,达到了良好的校正效果。

关键词：功率因数校正平均电流控制占空比预测控制快速动态响应控制