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基于非线性扰动观测的储能双向dc-dc变换器非奇异终端滑模控制策略

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储能科学与技术 2024年第5期13卷 1523-1531页

作者：苏泳陈艳峰华南理工大学电力学院广东广州510641

在光储直流微电网系统中,储能双向dc-dc变换器在储能设备与直流母线之间起着关键的接口作用,其在光伏输出功率及负载大信号扰动下的性能优劣至关重要,将直接影响着直流母线电压的稳定运行。为此,提出了一种基于非线性扰动观测器(nonline... 详细信息

在光储直流微电网系统中,储能双向dc-dc变换器在储能设备与直流母线之间起着关键的接口作用,其在光伏输出功率及负载大信号扰动下的性能优劣至关重要,将直接影响着直流母线电压的稳定运行。为此,提出了一种基于非线性扰动观测器(nonlinear disturbance observer,NDO)的非奇异终端滑模控制策略。首先采用基于微分几何理论的精确反馈线性化方法,将双向dc-dc变换器系统的状态空间模型转化为布鲁诺夫斯基标准式,并利用非线性扰动观测器对系统扰动量进行估计和补偿。在此基础上设计非奇异终端滑模控制器,并根据李雅普诺夫稳定性理论,证明所提控制策略的稳定性;进而分析所提控制策略的收敛性。最后,通过仿真验证所提控制策略的有效性。仿真结果表明,与文献中典型非线性控制策略相比,本文所提控制策略在光伏输出功率和负载有较大扰动时响应时间较快,并具有电压过充小、稳态误差小的优点。

关键词：直流微网双向dc-dc变换器非奇异终端滑模控制非线性扰动观测器

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基于平坦理论的直流微电网双向dc-dc变换器改进滑模自抗扰控制

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电力系统保护与控制 2023年第5期51卷 107-116页

作者：张世欣皇金锋杨艺陕西理工大学电气工程学院陕西汉中723001

针对直流微电网系统中分布式电源功率波动、负载频繁投切以及不确定性扰动造成的母线电压波动问题,以直流微电网储能单元双向dc-dc变换器为研究对象,提出了一种基于平坦理论的改进滑模自抗扰控制策略。该方法采用双闭环控制结构,其中,... 详细信息

针对直流微电网系统中分布式电源功率波动、负载频繁投切以及不确定性扰动造成的母线电压波动问题,以直流微电网储能单元双向dc-dc变换器为研究对象,提出了一种基于平坦理论的改进滑模自抗扰控制策略。该方法采用双闭环控制结构,其中,电流内环采用微分平坦控制,提高系统的动态响应速度。在考虑系统抗扰性能和高频噪声影响的基础上,利用增阶滤波扩张状态观测器对外环模型总扰动进行估计。并根据状态量和扰动量估计信息设计了电压外环改进滑模自抗扰控制器,进一步提升系统的鲁棒性能。最后利用Matlab/Simulink软件进行仿真,验证了所提控制策略的有效性及优越性。

关键词：直流微电网双向dc-dc变换器微分平坦控制滑模自抗扰控制

一种高电压增益宽范围软开关双向dc-dc变换器

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中国电机工程学报 2023年第19期43卷 7626-7639页

作者：袁帆郝瑞祥游小杰项鹏飞蔡靖贤北京交通大学电气工程学院北京市海淀区100044 北京交通大学轨道交通安全协同创新中心北京市海淀区100044

提出一种高电压增益宽范围软开关双向dc-dc变换器拓扑,其以双向Buck/Boost结构为基础,利用耦合电感的漏感与谐振电容串联谐振,能够在非极端占空比条件下实现高电压增益。耦合电感的漏感与谐振电容组成的谐振腔不仅可以控制循环的漏感能... 详细信息

提出一种高电压增益宽范围软开关双向dc-dc变换器拓扑,其以双向Buck/Boost结构为基础,利用耦合电感的漏感与谐振电容串联谐振,能够在非极端占空比条件下实现高电压增益。耦合电感的漏感与谐振电容组成的谐振腔不仅可以控制循环的漏感能量,还可以抑制谐振电流的变化,使其在低压侧较宽的电压范围内,全负载工况下均能实现软开关。所提拓扑采用低压侧交错并联、高压侧串联的结构,使其具有低压侧电流纹波小、相电流小、开关管及电容电压应力低等优点。详细分析该变换器的工作原理,对其电压增益、软开关条件等稳态工作特性进行研究。最后,搭建一台低压侧40~150V、高压侧400V、功率2kW的实验样机,验证理论分析的正确性。

关键词：双向dc-dc变换器高电压增益宽范围软开关

一种交错并联双向dc-dc变换器的新型磁集成技术

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中国电机工程学报 2023年第9期43卷 3538-3549页

作者：高圣伟王博孙醒涛天津市电气装备智能控制重点实验室(天津工业大学) 天津市西青区300387

为了提高交错并联双向dc-dc变换器的功率密度,降低高频工作下的磁心损耗,提高变换器的整体效率,该文提出一种新型磁集成电感结构,采用分段绕组优化设计,通过计算磁心气隙以及各磁柱绕线匝数等参数,将两个分立的电感集成在一个EE型磁心... 详细信息

为了提高交错并联双向dc-dc变换器的功率密度,降低高频工作下的磁心损耗,提高变换器的整体效率,该文提出一种新型磁集成电感结构,采用分段绕组优化设计,通过计算磁心气隙以及各磁柱绕线匝数等参数,将两个分立的电感集成在一个EE型磁心上。使磁元件体积和重量分别减小了48.2%和46.7%。与现有的交错并联磁集成方案相比,该方法能有效降低磁心的饱和度,使磁心上的磁通分布更加均匀,减小电感磁心损耗,提高系统效率。最后,通过有限元仿真和实验样机验证该设计的正确性和有效性.

关键词：双向dc-dc变换器磁集成电感回转器–电容模型有限元仿真

带耦合电感的交错并联式双向dc-dc变换器的改进型降阶建模方法

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西北工业大学学报 2022年第5期40卷 1046-1054页

作者：张煜辰马瑞卿樊平西北工业大学自动化学院陕西西安710072

针对带耦合电感的交错并联式双向dc-dc变换器,基于PWM+移相双自由度调制技术,在传统的降阶平均模型的基础上,提出了一种改进型降阶平均建模方法。新模型考虑了耦合电感的功率损耗、磁芯损耗,以及电路拓扑中电感、电容和开关管等元件的... 详细信息

针对带耦合电感的交错并联式双向dc-dc变换器,基于PWM+移相双自由度调制技术,在传统的降阶平均模型的基础上,提出了一种改进型降阶平均建模方法。新模型考虑了耦合电感的功率损耗、磁芯损耗,以及电路拓扑中电感、电容和开关管等元件的寄生参数,比传统模型更精确,能够反映变换器在宽频域范围内的动态性能。在此基础上,根据电压源负载和电阻负载的不同,分别设计了双闭环和三闭环控制器。将新旧2种模型进行理论分析和优势对比,通过一个1.5 kW的原理样机对所设计的控制器进行了实验验证。

关键词：双向dc-dc变换器交错并联建模寄生参数

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一种适合宽范围输出的双向dc-dc变换器

电机与控制学报 2023年

作者：袁义生卢梓意刘伟华东交通大学电气与自动化工程学院

提出一种适合宽范围输出的双向dc-dc变换器。该变换器结构与传统的LLC谐振型双向dc-dc变换器类似，但通过开关管复用及将谐振电感增加绕组复用为一个反激变压器，构造了多种工作模式。变换器采用PWM调制，正向功率传输时有中、低两种电... 详细信息

提出一种适合宽范围输出的双向dc-dc变换器。该变换器结构与传统的LLC谐振型双向dc-dc变换器类似，但通过开关管复用及将谐振电感增加绕组复用为一个反激变压器，构造了多种工作模式。变换器采用PWM调制，正向功率传输时有中、低两种电压增益模式，反向功率传输时有高、中、低三种电压增益模式，所有模式中均可实现全负载范围内的软开关状态。对各模式的工作原理、增益公式推导进行了详细的描述。最后以满足4-5节12V蓄电池的充放电为前提，给出变换器设计和控制方法，并搭建了相应参数的实验样机。实验结果验证了该变换器分析的有效性。

关键词：双向dc-dc变换器宽范围多模式谐振软开关

基于双向dc-dc变换器的串联电池组主动均衡电路

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全球能源互联网 2023年第6期6卷 650-659页

作者：胡治国司少康朱富超河南理工大学电气工程与自动化学院河南省焦作市454000 中国能源建设集团华南电力试验研究院广东省广州市510700

针对单体电池串联成组使用时出现不一致性的问题,提出了一种基于双向dc-dc变换器的串联电池组主动均衡电路。使用双向dc-dc变换器将单体电池中的高能量输送到能量低的单体电池中,无需额外的存储组件来存储和传送能量,减少了能量损失,提... 详细信息

针对单体电池串联成组使用时出现不一致性的问题,提出了一种基于双向dc-dc变换器的串联电池组主动均衡电路。使用双向dc-dc变换器将单体电池中的高能量输送到能量低的单体电池中,无需额外的存储组件来存储和传送能量,减少了能量损失,提高了均衡效率。根据电池开路电压(open circuit voltage,OCV)与荷电状态(state of charge,SOC)之间近似分段线性的关系,采用以电压和SOC双变量作为均衡策略,通过相互实时修正电压均衡和SOC均衡,使得电池组间能量动态趋于一致。最后通过搭建由4节单体电池组成的均衡电路实验平台,对提出的均衡电路和均衡控制策略进行有效性验证。

关键词：双向dc-dc变换器开路电压-荷电状态(OCVSOC) 一致性均衡策略

一种新型宽电压范围的DHC-LT双向谐振型dc-dc变换器

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电力系统及其自动化学报 2022年第11期34卷 150-158页

作者：张书槐吴学智王忠潇北京交通大学电气工程学院北京100091 北京动力源科技股份有限公司北京100070

为拓宽电压输出范围,并保持零电压开关ZVS(zero voltage switching)和零电流开关ZCS(zero current switching)的特征,提出了一种新型DHC-LT双向谐振型dc-dc变换器。首先,讨论了变换器在降压和升压工作时的工作模态和特性,利用辅助变压... 详细信息

为拓宽电压输出范围,并保持零电压开关ZVS(zero voltage switching)和零电流开关ZCS(zero current switching)的特征,提出了一种新型DHC-LT双向谐振型dc-dc变换器。首先,讨论了变换器在降压和升压工作时的工作模态和特性,利用辅助变压器提升电压增益,采用移相控制的方式降低变换器的输出电压。随后,在变压器上增加拾取绕组,并基于此提出一种新型的磁偏检测电路和数字调节方式。最终,搭建了一台2.5 kW样机,验证了以上理论分析,且最高效率可达97.4%。

关键词：双向dc-dc变换器 DHC-LT ZVS ZCS 移相

直流微电网储能装置双向dc-dc变换器参数自适应反步控制

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储能科学与技术 2022年第5期11卷 1512-1522页

作者：申景潮胡健胡敬梁焦提操齐晓妹王云鹏于娣刘尚奇山东理工大学电气与电子工程学院山东淄博255000 中国船级社青岛分社山东青岛266034

储能装置是支撑微电网灵活运行的关键。包含储能装置的直流微电网高度电力电子化,呈现强非线性特征,且系统参数时变。针对分布式电源功率波动引起的孤岛型直流微电网母线电压波动问题,采用蓄电池作为系统功率平衡装置,基于参数自适应反... 详细信息

储能装置是支撑微电网灵活运行的关键。包含储能装置的直流微电网高度电力电子化,呈现强非线性特征,且系统参数时变。针对分布式电源功率波动引起的孤岛型直流微电网母线电压波动问题,采用蓄电池作为系统功率平衡装置,基于参数自适应反步方法设计了储能装置充放电控制器。首先,基于戴维南等效模型建立了蓄电池和Buck/Boost变换器组成的储能系统的数学模型,然后将模型运行过程中的时变参数视为未知,利用参数自适应原理对未知参数进行在线实时估计,并基于参数估计值和Lyapunov理论设计控制器,调控储能装置的充放电过程,实现直流微电网源与荷间的功率平衡,在提高系统建模精度的同时确保了直流微电网的稳定性。仿真结果表明,在光照不足情况下,储能装置持续放电以稳定电压。与传统线性PI控制器和精确反馈线性化控制器相比,母线电压调节时间减小0.120 s和0.045 s、电压波动减小3.1%和2.9%;在光照充足情况下,储能装置平稳充电,与基于固定参数的反步控制器相比,电压调节时间减小0.04 s,电压偏差减小0.8%。可见,在分布式电源波动甚至完全切除的情况下,基于参数最优估计值的反步控制器能够调节储能装置在充放电状态间灵活切换,较好地维持了母线电压,而且在参数摄动时表现了良好的鲁棒性。

关键词：储能装置直流微电网双向dc-dc变换器参数自适应反步控制