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基于混合型有源滤波器控制算法的研究

基于混合型有源滤波器控制算法的研究

作者：田振龙辽宁科技大学

学位级别：硕士

非线性用电设备致使电网中谐波含量高、功率因数低，严重影响了电能质量。最有效的解决方法是使用滤波器。无源滤波器是传统的治理手段，由于只能滤除特定次数谐波并且可能与电网发生谐振等缺点，将逐渐被新型设备所取代。混合型有源滤... 详细信息

非线性用电设备致使电网中谐波含量高、功率因数低，严重影响了电能质量。最有效的解决方法是使用滤波器。无源滤波器是传统的治理手段，由于只能滤除特定次数谐波并且可能与电网发生谐振等缺点，将逐渐被新型设备所取代。混合型有源滤波器有效地结合了有源滤波器和无源滤波器各自的优点，已成为治理谐波和补偿无功的重要研究方向。本文以混合型有源滤波器为研究对象，研究内容涵盖了无源滤波器和有源滤波器的工作原理、检测和控制算法、主电路设计、滞环控制方法的改进等，形成了比较完整的技术方案。本文重点和创新点主要包括了：在无源滤波器参数配置方面，本文采用了一种更加优化的配置方案：电力电容器满足“过电压校验、过电流校验、容量平衡”三个条件，结合无功补偿容量选择出最优的额定电压和额定容量。仿真结果表明利用该方法选出的电力电容器不但能够有效地滤除谐波和补偿无功，还有利于降低工程造价。并联型有源滤波器中最重要的是谐波检测和PWM控制。文中详细阐述了基于瞬时无功理论的p-q和ip-iq检测方法，对两种检测方法进行了分析对比，得出ip-iq检测方法优于p-q检测方法。研究分析了在工业领域中应用最广泛的PWM控制方法-滞环控制。滞环控制方法虽原理简单、稳定性好，但其开关频率高且不稳定，导致开关损耗大、机械噪音大。针对滞环控制的缺陷，本文采用了两种改进方法。一是定频控制：其工作原理是在控制过程中根据参考电流、电源电压、直流侧电容电压改变滞环宽度以稳定开关频率。论文进一步分析了开关频率大小与各次谐波补偿效果之间的联系，这使定频控制既能满足补偿要求又使开关频率取值最小。二是以电压空间矢量算法为基础，使用双层滞环控制：内层滞环用于稳态响应，降低开关频率的同时输出误差电流矢量的位置，并根据参考电压矢量的位置，控制系统选择出最优电压;外层滞环用于暂态响应，决定是否更换逆变器的开关状态，以限制误差电流矢量的大小，提高控制精度。仿真结果表明：与传统滞环控制相比，新的方法能够很好地消除谐波、补偿无功，有效地降低开关频率，且控制效果优良。

关键词：无源滤波器有源滤波器滞环定频控制电压空间矢量

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一种新型宽电压输入LLC谐振变换器的研究

一种新型宽电压输入LLC谐振变换器的研究

作者：朱云娥燕山大学

学位级别：硕士

传统桥式LLC谐振变换器不适合宽电压范围输入,且输入电流断续,不适合用在可再生能源发电系统中。为此本文提出了一种新型宽电压输入LLC谐振变换器,其在宽输入电压范围内仍能高效工作。通过集成两个交错并联Boost电感,不仅可以拓宽LLC变... 详细信息

传统桥式LLC谐振变换器不适合宽电压范围输入,且输入电流断续,不适合用在可再生能源发电系统中。为此本文提出了一种新型宽电压输入LLC谐振变换器,其在宽输入电压范围内仍能高效工作。通过集成两个交错并联Boost电感,不仅可以拓宽LLC变换器的增益范围,而且显著减小了输入电流纹波,适合应用于光伏、燃料电池等可再生能源发电系统中。另外,与级联型交错并联Boost+全桥LLC变换器相比,交错并联的Boost电路和全桥LLC变换器共用桥臂开关管,减少了开关管和二极管数量,节约成本;在全输入电压和全负载变化范围内,变换器原边开关管均能实现ZVS开通,降低了开关损耗,提高了效率。本文首先介绍了新型LLC变换器的工作原理。其中两个Boost电路相位差为180°。采用固定频率加PWM的控制方式,与传统的变频控制方式相比,定频控制有利于磁性元器件和滤波电路的设计。对工作模态进行分析,给出了变换器在各个工作模态的等效电路以及谐振槽电压和电流的时域表达式。其次通过时域分析,对该变换器的增益特性、输入电流纹波和原边开关管ZVS的实现条件进行了深入研究。与传统变频控制全桥LLC谐振变换器相比,通过集成交错并联的Boost电感,显著拓宽了LLC变换器的电压增益范围,明显减小了输入电流纹波。在分析原边开关管实现ZVS软开关理论条件的基础上,考虑了MOSFET输出电容的非线性特点,对变换器的ZVS软开关实现的实际条件进行了详细的分析,同时给出了实现ZVS软开关需要的最小换流电流的表达式。然后分析了变换器参数对损耗的影响,进行了参数优化设计,使变换器在实现ZVS的基础上,损耗尽可能达到最低,提高转换效率。最后,在实验室搭建了一台输入120V40V,输出24V/600W的样机,实验结果验证了变换器理论分析的正确性及实用性。

关键词： LLC 交错并联Boost 定频控制 PWM 宽输入电压范围

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基于磁控制的双变压器LLC谐振变换器研究

基于磁控制的双变压器LLC谐振变换器研究

作者：秦润田江苏大学

学位级别：硕士

随着新能源发电、电动汽车等新型应用的发展,对谐振变换器的性能要求也越来越高。虽然LLC谐振变换器具有结构简单、高效以及能够在全负载范围内实现软开关等优势,得到了广泛应用。但是在新能源发电、电动汽车等宽输入电压范围场合下,调... 详细信息

随着新能源发电、电动汽车等新型应用的发展,对谐振变换器的性能要求也越来越高。虽然LLC谐振变换器具有结构简单、高效以及能够在全负载范围内实现软开关等优势,得到了广泛应用。但是在新能源发电、电动汽车等宽输入电压范围场合下,调频控制会导致效率下降,且磁性元件的设计难度大,很难符合这些新型应用的需求。因此为了克服上述不足,本文在拓扑上采用全桥双变压器(Full-Bridge Dual-Transformer,FBDT)LLC谐振变换器结构并对其控制方法进行研究。首先在典型的LLC谐振变换器的基础上,对FBDT LLC谐振变换器调频控制的工作原理进行分析。当该变换器工作在谐振频率附近时,可以有效的降低原边的环流损耗。使用基波分析法推导出了双变压器LLC谐振变换器的电压增益表达式,并绘制出增益曲线,对工作区域进行划分。通过PSIM仿真对变换器的调频控制进行了验证。其次,针对变频控制需要较宽的频率变化范围才能满足增益要求不足,利用可变电感技术可以实现变换器的定频控制,使电磁干扰(Electromagnetic Interference,EMI)问题得到了很好的改善。为了实现对变换器定频控制,需要根据可变电感的工作原理以及等效磁阻模型,得到电感值的表达式,完成对可变电感的设计。由谐振变换器的特性可知开关频率越接近谐振频率时效率越高。因此对变换器的效率进一步的优化,将可变电感控制与调频控制相结合,通过同时改变可变电感与开关频率来实现电压增益的调节,让变换器始终在谐振频率附近工作,来提高变换器的效率。最后,基于可变电感控制变换的器理论分析进行变换器的参数以及硬件电路的设计,完成实验样机的搭建,为了验证理论的可行性,分别对定频控制与混合控制的软开关特性以及稳态特性进行了测试,实验波形与理论基本一致。

关键词： LLC谐振变换器可变电感定频控制混合控制

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两级式光伏发电模型预测控制策略研究

两级式光伏发电模型预测控制策略研究

作者：王继超辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

光伏发电是我国重要的新能源发电技术之一,大力推进光伏发电发展对于能源转型、生态环境和能源安全具有重要战略意义。基于模型预测控制的光伏发电并网系统存在最大功率点的跟踪速度与精度之间无法兼顾,以及采用传统模型预测控制的并网... 详细信息

光伏发电是我国重要的新能源发电技术之一,大力推进光伏发电发展对于能源转型、生态环境和能源安全具有重要战略意义。基于模型预测控制的光伏发电并网系统存在最大功率点的跟踪速度与精度之间无法兼顾,以及采用传统模型预测控制的并网逆变器开关频率不固定导致输出电流谐波含量高、电能质量差的问题,本文针对两级式光伏发电并网系统,对最大功率点的跟踪技术和并网逆变器的控制策略进行分析研究。针对光伏发电系统的最大功率点跟踪控制,采用滑模控制策略,为减小抖振和增加稳定精度,在传统指数趋近律的基础上增设速度变化量,保证光伏电池工作点能够快速收敛到最大功率点处,并在稳定后减小抖振。系统仿真表明,该算法与传统算法相比较,跟踪速度和跟踪精度均有明显提升。在并网逆变器的控制方面,对于传统的模型预测控制存在的并网电流谐波含量高、电流质量差和开关频率不固定等问题,提出了简化矢量选择定频预测电流控制,通过无差拍思想获取目标电压并判断所在扇区,选择事先设计好的电压矢量组合,分别计算各个电压矢量的作用时间,并采用不连续的空间矢量调制用于固定开关频率,最终实现控制器计算量减小,并网电流谐波含量低,固定开关频率的效果。仿真和实验结果表明本文所提出的控制策略能够固定开关频率,降低谐波含量,提高电能质量。最后构建两级光伏并网控制系统,并将改进后的滑模控制最大功率点跟踪算法分别与双矢量模型预测电流控制算法和本文提出的简化矢量选择定频预测电流控制算法相结合以进行仿真对比,结果表明本文通过改进后的模型预测电流控制策略,稳态时电流波形质量明显优于双矢量模型预测电流控制,双矢量控制下的输出并网电流谐波含量高达10.25%,而在改进后的模型预测控制方法下,谐波含量仅为3.72%,电流整体波形更好,并且实现了定频控制。该论文有图64幅,表10个,参考文献73篇。

关键词：两级式光伏发电滑模控制并网逆变器模型预测控制定频控制

基于三相VSR和LLC变换器的高压直流UPS研究

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基于三相VSR和LLC变换器的高压直流UPS研究

作者：荣小兵燕山大学

学位级别：硕士

不间断电源系统(Uninterruptable Power Systems)通常被视为一个电气系统的备用电源,当主电源由于外部因素停止工作时,而由其紧急供电。针对传统交流和低压直流UPS自身存在供电可靠性差、容量扩充难度大等缺陷,以及适应各个领域对于不... 详细信息

不间断电源系统(Uninterruptable Power Systems)通常被视为一个电气系统的备用电源,当主电源由于外部因素停止工作时,而由其紧急供电。针对传统交流和低压直流UPS自身存在供电可靠性差、容量扩充难度大等缺陷,以及适应各个领域对于不间断电源供电可靠性和供电容量越来越高的需要,本文开展了高压直流UPS研究。本文首先研究了电压型三相PWM整流器(三相VSR)与全桥LLC谐振变换器级联构成高压直流UPS的理论合理性。在系统结构上,前级三相PWM整流器用以提高UPS系统输入侧功率因数,后级全桥LLC谐振变换器实现高效率电压转换和电气隔离。在系统控制方面,针对于电网电压不平衡状态,经过理论推导,证明了传统双闭环级联控制策略抗电网不平衡扰动存在局限性的结论,在分析传统瞬时无功率概念的基础上,提出了改进的抗电网电压不平衡控制算法,以确保三相PWM整流器仍能保持单位功率因数运行、网侧电流正弦化和直流母线电压恒定;其次,在分析传统全桥LLC变换器增益特性的基础上,针对高频工作的全桥LLC变换器增益受寄生电容和电感影响问题,利用基波分析法,推导了包含寄生参数的全桥LLC谐振变换器增益特性表达式和增益曲线,给出了提高全桥LLC谐振变换器性能的改进措施;最后,考虑到采用变频控制的全桥LLC谐振变换器存在轻载效率低、开关频率变化大、磁性元器件设计困难和空载输出电压不可调等缺点,提出了三相VSR与定频工作的全桥LLC谐振变换器级联统一控制方案,该控制方案实现了简化整机控制结构,提升高压直流UPS整机系统工作效率的双重目的。在采用TMS320F2812型DSP控制芯片的基础上,设计了额定功率为1kW的高压直流UPS实验平台。实验结果验证了本论文提出的不平衡改进控制算法的正确性和统一控制方案的可行性,所获得的实验结果基本与理论分析一致。

关键词：直流UPS 三相VSR 电网电压不平衡单位功率因数全桥LLC谐振变换器定频控制

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宽范围输出组合式多谐振变换器研究

宽范围输出组合式多谐振变换器研究

作者：骆庄琦燕山大学

学位级别：硕士

国家在“十四五”规划和二〇三五年远景目标中再次明确将新能源汽车作为我国的战略性发展新兴产业,电动汽车的发展已然步入了高速路。目前电动汽车车载电池大多为锂电池,锂电池充电分恒流（Constant Current,CC）充电和恒压（Constant V... 详细信息

国家在“十四五”规划和二〇三五年远景目标中再次明确将新能源汽车作为我国的战略性发展新兴产业,电动汽车的发展已然步入了高速路。目前电动汽车车载电池大多为锂电池,锂电池充电分恒流（Constant Current,CC）充电和恒压（Constant Voltage,CV）充电两个过程,决定了用于充电的DC/DC变换器需要满足宽电压增益、高效率和高功率密度的要求。针对以上需求,本文提出两种组合式变换器拓扑,利用定频控制,实现了变换器恒流恒压输出的同时也保证了高效率和宽电压增益。首先,在分析了国内外电动汽车充电用DC/DC变换器的研究现状的基础上,本文提出了两种组合式拓扑结构:双LCLCL组合式谐振变换器和LCLCL-LLC组合式谐振变换器。变换器的构造原理是:原边的双谐振网络并联共享主开关,副边串联结构。配合简单的控制方式,采用定频控制即可获得恒压或恒流输出特性,从而更好地满足电动汽车锂电池的充电需求。其次,利用基波分析法分析了单个LCLCL谐振网络与单个LLC谐振网络的特性,分别找出两个网络的恒压频率点与恒流频率点。CC模式下,组合变换器利用了其中一个谐振网络的恒压频率点和另一个网络的恒流频率点,使电路等效于一个恒压源与一个恒流源串联输出;在CV模式下,组合变换器分别利用两个谐振网络的恒压频率点,使电路等效于两个恒压源串联输出。变换器只需改变工作频率点,即可实现两种工作模式的切换;利用定频控制有利用全负载范围内实现软开关。最后,结合工作频率点的设置与功率容量需求,完成组合变换器的谐振网络参数设计与3.3k W输出功率、400V输入电压、250～450V输出电压的原理样机实验平台的搭建,给出系统硬件、软件设计过程。通过实验数据对组合式拓扑的工作原理进行验证,对参数设计的合理性进行验证。分别对两组变换器的实验数据进行分析和对比,绘制出各自在CC和CV模式下的效率曲线。双LCLCL组合式谐振变换器设定的两个频率分别为50k Hz和120k Hz,最高效率97.29%,且整体效率在95.5%以上。而LCLCL-LLC组合变换器设定的两个频率点分别为50k Hz和90k Hz,最高效率为97.0%,整体效率在96.5%以上。并且变换器能在全负载范围内实现软开关。

关键词：组合式谐振变换器宽电压输出恒流和恒压模式定频控制软开关

基于有限集模型预测的电网模拟器控制策略研究

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基于有限集模型预测的电网模拟器控制策略研究

作者：郭晨阳南京理工大学

学位级别：硕士

分布式发电系统并网之前,必须测试其在电网正常和异常时的并网性能。由于实际电网中各类异常工况的出现具有随机性和不可控性,因此需要研究电网模拟器来模拟电网正常工况和各类电网异常工况。现有的电网模拟器逆变环节主要采用线性控制... 详细信息

分布式发电系统并网之前,必须测试其在电网正常和异常时的并网性能。由于实际电网中各类异常工况的出现具有随机性和不可控性,因此需要研究电网模拟器来模拟电网正常工况和各类电网异常工况。现有的电网模拟器逆变环节主要采用线性控制策略,存在参数设计复杂、动态响应时间较长等缺陷,因此本文主要针对电网模拟器逆变环节控制策略展开研究,具体所做工作如下:1)本文首先介绍了电网模拟器的原理和功能,通过比较各类电网模拟器结构的特点,选择前级三相整流器、后级三相四桥臂逆变器的组合结构作为电网模拟器的主电路拓扑,并完成了相关硬件参数的设计;2)针对电网模拟器逆变环节,本文首先在αβγ坐标系下,构建了三相四桥臂逆变器的数学模型,在此基础上,采用有限集模型预测控制算法对电网模拟器三相负载电压进行控制,和传统线性控制策略相比,该算法不需要设计线性控制器和调制环节,不仅简化了控制参数设计过程,还提高了系统的动态响应速度;3)针对常规有限集模型预测控制算法存在的开关频率不固定、电压波形质量较差等缺陷,本文对原有算法进行了改进,改进的算法保留了常规有限集模型预测控制算法优越的动态响应性能,同时实现了固定的开关频率控制,提升了电网模拟器负载电压的波形质量,并通过仿真验证了所改进控制策略的有效性;4)最后,搭建了基于TMS320F28335的电网模拟器逆变环节的实验平台,并详细介绍了系统硬件和软件的设计原理,完成了电网模拟器的相关实验,实验结果进一步验证了本文所提控制策略的有效性。

关键词：电网模拟器三相四桥臂逆变器有限集模型预测控制定频控制多矢量筛选

多相多电平谐振直流变换器拓扑理论和控制策略研究

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多相多电平谐振直流变换器拓扑理论和控制策略研究

作者：金峰南京航空航天大学

学位级别：硕士

在电动汽车和轨道交通辅助电源等高压大功率场合,开关管电压应力、电流应力较高,开关管选择困难,多相多电平(Multi-phase multi-level,MPML)结构可降低开关管电压电流应力,有效满足高压大功率需求。本文分别从拓扑结构、输出端电气特性... 详细信息

在电动汽车和轨道交通辅助电源等高压大功率场合,开关管电压应力、电流应力较高,开关管选择困难,多相多电平(Multi-phase multi-level,MPML)结构可降低开关管电压电流应力,有效满足高压大功率需求。本文分别从拓扑结构、输出端电气特性和控制策略角度进行了MPML直流变换器的推演。从原边开关管结构出发,提出两种MPML直流变换器拓扑结构,即横向扩展结构和纵向扩展结构;由输出端电气特性的不同可推演得到电压源型和电流源型MPML直流变换器拓扑;从不同的控制策略角度——变频控制策略和定频控制策略,可推演得到谐振型和PWM型MPML直流变换器。结合多电平结构、多相结构和谐振变换器的优点,采用纵向扩展结构进行拓扑推演,分别提出了模块化MPML LLC谐振变换器和MPML LCC谐振变换器,以三个模块结构为例,详细分析了变频控制策略下的MPML LLC谐振变换器和MPML LCC谐振变换器的工作原理和基本特性,通过基波分析法得到两种变换器的等效电路模型和输入输出电压增益曲线,针对增益曲线下的不同工作区域分别进行参数设计,分别完成了540V60V输入、400V/5A输出的原理样机,实验结果验证了理论分析的正确性。考虑到MPML谐振变换器在宽输入电压和宽负载范围情况下开关频率调节范围较宽,不利于磁性元件的优化设计。为此,以MPML LLC谐振变换器为例,提出定频不对称控制策略,分析不对称控制方式下变换器的工作原理和基本特性,设计变换器参数,搭建了一台540V60V输入、400V/5A输出的原理样机,并进行了实验验证。本文所提出的模块化MPML谐振变换器优点如下:多电平结构使得原边开关管的电压应力仅为输入电压的1/n,n为模块数,多相结构可有效降低开关管电流定额,尤其适用于高压大功率变换场合。采用变频控制策略,在宽电压和宽负载范围内,所有原边开关管实现零电压开关,所有副边整流管实现零电流开关。采用定频不对称控制策略,可以优化磁性元件的设计。

关键词：多相多电平谐振变换器 LLC LCC 变频控制定频控制 ZVS ZCS

Buck+半桥LLC倍压谐振两级式DC/DC变换器

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信息工程大学学报 2012年第6期13卷 682-687,717页

作者：张晋玮周东方李建兵郑阳勇信息工程大学信息系统工程学院 65165部队

针对微波功率模块(MPM)集成电源应用,提出了一种新型的基于定频控制的Buck+半桥LLC倍压谐振两级式DC/DC变换器。阐述了两级式变换器的拓扑结构,分析了后级半桥LLC倍压谐振变换器的特性和工作原理,给出了优化设计方法。最后,制作了一台功... 详细信息

针对微波功率模块(MPM)集成电源应用,提出了一种新型的基于定频控制的Buck+半桥LLC倍压谐振两级式DC/DC变换器。阐述了两级式变换器的拓扑结构,分析了后级半桥LLC倍压谐振变换器的特性和工作原理,给出了优化设计方法。最后,制作了一台功率400W输出的样机,进行了仿真和实验验证,样机的满载效率达到了96%。

关键词：定频控制 Buck 半桥LLC 倍压两级式变换器