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双有源桥变换器无电流传感器鲁棒预测控制

电工技术学报 2023年

作者：孙孝哲张祯滨韩明昊李真刘晓哲山东大学电气工程学院

该文以双有源全桥（DAB）DC-DC变换器为主要研究对象，针对传统比例积分控制动态响应慢及采用既有预测控制对量测噪声和参数敏感的缺陷，提出一种基于无电流传感器模型预测控制（CS-MPC）策略。首先构建双有源全桥DC-DC变换器的预测模... 详细信息

该文以双有源全桥（DAB）DC-DC变换器为主要研究对象，针对传统比例积分控制动态响应慢及采用既有预测控制对量测噪声和参数敏感的缺陷，提出一种基于无电流传感器模型预测控制（CS-MPC）策略。首先构建双有源全桥DC-DC变换器的预测模型，分别针对变换器启动阶段与暂态过程提出基于模型预测控制（MPC）的动态优化策略。然后定量分析DAB变换器对模型参数和采样精度的敏感性，结合卡尔曼滤波算法构建其状态空间模型，在无电流传感器的情况下实现系统的鲁棒预测控制。最后在实验室样机上通过实验验证所提方法的有效性。实验结果表明：与传统控制策略相比，所提方法能够实现低电流应力下的快速启动，且动态响应性能明显改善。此外，所提方法无需电流传感器数据，即对量测噪声脱敏；在参数变化下的鲁棒性能较传统预测控制显著提升。

关键词：双有源桥变换器模型预测控制动态响应提升无电流传感器控制鲁棒控制

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双有源桥变换器双移相控制动态特性优化方法

电源学报 2022年

作者：李善寿王浩叶伟安徽建筑大学智能建筑与建筑节能安徽省重点实验室安徽南瑞继远电网技术有限公司

为了提高双移相控制的双有源桥(DAB)变换器负载切换的动态响应性能及减小电流应力，研究了一种改进型双移相（NDPS）控制方法，通过改变传统双移相（TDPS）控制內移相角移动方向，重构了传输功率与移相比的关系，增大了移相比调节范围... 详细信息

为了提高双移相控制的双有源桥(DAB)变换器负载切换的动态响应性能及减小电流应力，研究了一种改进型双移相（NDPS）控制方法，通过改变传统双移相（TDPS）控制內移相角移动方向，重构了传输功率与移相比的关系，增大了移相比调节范围。论文研究了电流应力最小化条件下双移相控制最优移相比的求解方法，对比分析了NDPS与TDPS控制方式负载切换时的动态响应特性。最后搭建了DAB变换器实验平台对理论分析进行实验验证，实验结果表明，轻载条件下，基于电流应力最小化方法得到的最优移相比组合可以有效减小电流应力，同时NDPS比TDPS控制方式有更好的动态响应特性。

关键词：双有源桥变换器双移相控制电流应力动态特性

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双有源桥变换器优化控制与实验平台设计

实验室研究与探索 2023年第2期42卷 41-47页

作者：蔡逢煌谢鸿彪柴琴琴王武福州大学电气工程与自动化学院福州350108 新能源装备检测福建省高等学校重点实验室(莆田学院) 福建莆田351100

对双有源桥(DAB)变换器的扩展移相调制与三重移相调制进行了理论分析,构建电流及标幺化传输功率表达式。建立了在三重移相调制控制下DAB变换器的标幺化电流应力表达式以及在扩展移相调制控制下的标幺化回流功率表达式,分别求解出标幺化... 详细信息

对双有源桥(DAB)变换器的扩展移相调制与三重移相调制进行了理论分析,构建电流及标幺化传输功率表达式。建立了在三重移相调制控制下DAB变换器的标幺化电流应力表达式以及在扩展移相调制控制下的标幺化回流功率表达式,分别求解出标幺化电流应力及回流功率最小时各移相角的解,并设计优化控制方案。介绍了DAB变换器实验平台的开关管选型、磁性元件设计、辅助电路设计,采样控制电路设计、软件程序设计方法,并搭建出DAB变换器实验平台。最后,在实验平台中验证电流应力与回流功率优化方案的可行性。

关键词：双有源桥变换器移相调制电流应力回流功率

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T型三电平双有源桥变换器ZVS优化策略

高电压技术 2022年第5期48卷 1913-1923页

作者：杨向真孔令浩杜燕苏建徽张徐进博合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥230009 光伏系统教育部工程研究中心合肥230009

当输入输出电压不匹配时,为了使双有源桥变换器(dual-active-bridge,DAB)在全功率范围内运行都能实现零电压开通(zero voltage switching,ZVS),以T型三电平双有源桥(T-type three-level DAB,T3L-DAB)变换器为研究对象,与传统两电平DAB相比,该变换器引入了中间电平,增加了控制自由度。结合移相控制,提出了功率分段式ZVS(power segmented ZVS,PSZVS)优化方法,能够灵活控制电感电流的方向,实现了开关管在全功率范围内的ZVS。最后,在StarSim硬件在环实验平台和实物实验平台上进行了验证,实验结果表明,PSZVS优化方法在实现全功率范围内开关管ZVS的同时,兼顾了对电流应力和回流功率的优化。在低功率运行时,PSZVS优化下系统效率可达94.1%,而传统移相控制系统效率仅为82.5%。因此,所提PSZVS优化方法在提升系统效率方面是有效可行的。

关键词：电压不匹配双有源桥变换器全功率范围零电压开通 T型三电平功率分段

一种输入串联输出并联双有源桥变换器输入电压自平衡结构

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电力系统保护与控制 2023年第23期51卷 141-150页

作者：范恩泽赵鲁李耀华葛琼璇马呈瑶中国科学院电力电子与电气驱动重点实验室(中国科学院电工研究所) 北京100190 中国科学院大学北京100049

输入串联输出并联(inputseriesoutputparallel,ISOP)双有源桥(dualactivebridge,DAB)变换器的输入均压(input voltage sharing,IVS)主动控制策略存在控制系统复杂和传感器数量较多的问题。相反地,无源调控方法的控制系统简单,因而具有... 详细信息

输入串联输出并联(inputseriesoutputparallel,ISOP)双有源桥(dualactivebridge,DAB)变换器的输入均压(input voltage sharing,IVS)主动控制策略存在控制系统复杂和传感器数量较多的问题。相反地,无源调控方法的控制系统简单,因而具有明显的优势。基于无源均压思想,提出一种适用于共占空比控制的基于耦合电容的ISOP-DAB变换器的输入电压自平衡拓扑结构,通过耦合电容使得子模块的高频链环节产生电气耦合,从而实现子模块输入电压的均衡。进一步,给出含有耦合电容的ISOP-DAB变换器的简化等效电路,并进行理论分析与推导,得到子模块输入母线电压偏差及耦合电容电流与变换器硬件参数的关系。理论计算表明该拓扑在子模块参数存在较大的偏差时仍然具有较好的IVS能力。最后,仿真和实验结果验证该拓扑的可行性和有效性。

关键词：输入串联输出并联双有源桥变换器输入均压共占空比控制耦合电容自平衡

双重移相控制下双有源桥变换器最小回流功率全局优化控制

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电网技术 2024年

作者：王祺张泽轲刘彬韩栋梁赵慕欣郭杰帅李世翔郭一甫山西大学电力学院太原学院工程训练中心

双有源桥（dual-active-bridge， DAB）DC-DC变换器通常用于能量转换。然而，传统的单移相控制使得变换器在输入电压和输出电压不匹配时产生较大的回流功率，特别是轻载情况下该现象更为严重。现有基于双重移相控制（dual-phase-shift，... 详细信息

双有源桥（dual-active-bridge， DAB）DC-DC变换器通常用于能量转换。然而，传统的单移相控制使得变换器在输入电压和输出电压不匹配时产生较大的回流功率，特别是轻载情况下该现象更为严重。现有基于双重移相控制（dual-phase-shift， DPS）的回流功率优化策略，尚未考虑全功率范围内的回流功率，也缺乏对所有工作模式下最小回流功率的研究。为此，本文提出一种考虑全功率范围、全工作模式的DPS最优控制策略。首先，详细阐述回流功率产生的机理，建立了不同工作模式的传输功率和回流功率数学模型。然后，计及不同工作模式的功率限值，将DPS控制的传输功率分成不同的功率区。在此基础上，提出了一种基于最小回流功率的DPS最优控制策略，通过分析不同工作模式下的优化路径获得各个功率区的最优移相角，进而提升DAB变换器的传输效率。最后，搭建实验平台验证所提最小回流功率控制策略的可行性。

关键词：双有源桥变换器双重移相控制最小回流功率全功率范围全工作模式

基于最优效率的双有源桥变换器参数设计优化方法

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电气工程学报 2022年第2期17卷 56-64页

作者：全生明苏舒赵楠李驰郑泽东国网电动汽车服务有限公司北京100052 清华大学电机工程与应用电子技术系北京100084

V2G作为一种新的分布式储能模式,能够有效参与电网的负荷平抑、峰谷调节,位置灵活且易于产生巨大的经济效益。双有源桥变换器是V2G中重要的组成部分,具有良好的电气隔离、电能变换能力。然而,在V2G这种功率双向、输出电压范围宽、恒功... 详细信息

V2G作为一种新的分布式储能模式,能够有效参与电网的负荷平抑、峰谷调节,位置灵活且易于产生巨大的经济效益。双有源桥变换器是V2G中重要的组成部分,具有良好的电气隔离、电能变换能力。然而,在V2G这种功率双向、输出电压范围宽、恒功范围宽的工作场合,双有源桥变换器的设计成为了一大难题。提出一种基于最优效率的双有源桥变换器参数设计优化方法,能够综合频率、器件、功率、磁性器件、控制方法、输出电压范围、输入输出电压匹配关系等优化参数,设计出最优效率的双有源桥变换器。

关键词： V2G 双有源桥变换器变换器设计参数优化

基于LSSA优化DBN的双有源桥变换器开路故障诊断

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电子测量与仪器学报 2022年第4期36卷 56-64页

作者：赵莹莹何怡刚杜博伦邢致恺汪磊武汉大学电气与自动化学院武汉430072

针对双有源桥(dual active bridge,DAB)变换器中IGBT开路故障诊断精度较低的问题,提出基于莱维飞行麻雀搜索算法(Levy sparrow search algorithm,LSSA)优化深度信念网络(deep belief network,DBN)的故障诊断方法。首先,利用莱维飞行策... 详细信息

针对双有源桥(dual active bridge,DAB)变换器中IGBT开路故障诊断精度较低的问题,提出基于莱维飞行麻雀搜索算法(Levy sparrow search algorithm,LSSA)优化深度信念网络(deep belief network,DBN)的故障诊断方法。首先,利用莱维飞行策略改进麻雀搜索算法的收敛速度和全局优化能力。然后将DBN的均方差作为适应度函数,利用LSSA寻找DBN的最优隐藏层单元数,根据得到的最优值建立DBN故障诊断模型。通过RT-LAB搭建DAB变换器半实物仿真系统,对变压器漏感电流信号进行故障诊断,在收敛速度、适应度值和诊断精度指标方面进行对比分析。实验结果表明诊断模型可以有效诊断DAB变换器开路故障,且诊断精度达到99%。

关键词：双有源桥变换器深度信念网络麻雀搜索算法莱维飞行策略故障诊断

基于等效励磁电感的SiC串联器件型中压双有源桥变换器的软开关技术

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电工技术学报 2024年第12期39卷 3732-3745页

作者：陈润田李楚杉姚文熙李武华何湘宁浙江大学电气工程学院杭州310027 浙江大学伊利诺伊大学厄巴纳香槟校区联合学院海宁314400

基于SiC串联器件的双有源桥变换器因具有开关损耗小、功率密度高、能量控制简单等优势,有望成为中压变换场景中实现高频隔离的优选方案。为保证SiC串联器件的可靠均压,各器件上并联大容值缓冲电容,然而该设计使变换器在传输功率较低时... 详细信息

基于SiC串联器件的双有源桥变换器因具有开关损耗小、功率密度高、能量控制简单等优势,有望成为中压变换场景中实现高频隔离的优选方案。为保证SiC串联器件的可靠均压,各器件上并联大容值缓冲电容,然而该设计使变换器在传输功率较低时难以实现零电压开通,严重影响变换器的整体效率和串联器件的可靠运行。该文通过构建SiC串联器件型中压双有源桥变换器多模态运行模型并深入分析其运行特性,提出一种基于等效励磁电感的无源软开关技术。所提技术可通过优化外接传输电感位置的方式实现中压侧等效励磁电感参数调节,从而在无额外控制前提下实现SiC串联器件的软开关范围扩展。最后,设计了4 kV/1 kV实验样机,实现了100 kW下运行。实验结果显示,所提出的软开关技术能显著地扩展变换器中SiC串联器件的软开关范围,在保证SiC串联器件均压稳定性的同时能够大幅降低变换器在轻载运行时的功耗。

关键词：电力电子变压器双有源桥变换器 SiC MOSFET 串联器件软开关