基于双向DC-DC变换器的电力电子创新实验平台设计

传统电力电子实验以知识导向进行教学,主要以验证性实验为主,缺少具有工程背景的项目训练,为此设计双向DC-DC变换器,硬件上采用模块化电路和开放式接口,控制上采用数字处理技术,有助于培养学生应用、设计和创新能力。首先构建基于双向DC-DC变换器的电力电子创新实验平台;其次完成双向DC-DC变换器硬件设计,搭建变换器控制系统;然后介绍变换器拓扑和控制策略,详细给出硬件电路和参数设计,之后对控制系统进行软件设计;最后完成软硬件实验平台测试与分析。实验结果表明,所搭建的实验平台可以实现升压放电运行和降压充电控制,能满足创新性实验教学要求。     

直流微电网DC-DC变换器关键技术的研究综述

直流微电网是未来智能配用电系统的重要组成部分,对推进节能减排和实现能源可持续发展具有重要意义.其中DC-DC变换器是解决直流微网、分布式电源、储能装置等接入主电网的重要技术基础.分析了储能型非隔离双向DC-DC变换器的拓扑结构和数学模型,总结了5种DC-DC变换器的技术特点以及在直流微网中的应用,最后对直流微网的发展趋势和技术难题进行了讨论.     

低速电动汽车混合能源存储系统效率分析

利用超级电容的高功率密度特性和磷酸铁锂电池的高能量密度特性,设计了低速电动车主动并联混合储能系统方案.采用实验方法分析磷酸铁锂电池的效率,并通过理论公式分析了双向直流功率变换器的效率.探讨了将超级电容和磷酸铁锂电池结合使用,结果发现,采用双向直流变换器的混合能量存储系统能提高效率.通过实验验证,双向直流变换器的实际效率为90.5%,接近理论公式计算得到的效率91.6%.     

基于双向变换器的光伏储能控制

光伏发电系统通过双向变换器引入储能环节进行控制,光伏电池发出的能量经DC-DC变换后供给直流母线侧负载,并通过双向变换器使用蓄电池进行能量管理.介绍了双向变换器的工作原理,分析了光伏电池、蓄电池和直流母线负载所消耗的能量处于不同状态时的系统能量管理策略.给出了基于Boost变换器的光伏电池最大功率跟踪的控制算法和基于双向变换器的蓄电池充放电控制算法,提出了一种改进的充电控制策略.以MATLAB/Simulink为仿真平台,搭建了该系统的仿真模型,并针对系统的各工作状态进行仿真研究,仿真试验结果验证了该系统控制算法的合理性和可行性.     

基于开关布尔矩阵的高阶谐振开关电容变换器潜电路分析

针对谐振开关电容变换器输出特性异常现象,以四阶谐振开关电容变换器为例,给出了应用电力电子变换器的开关布尔矩阵分析方法,分析高阶谐振开关电容变换器拓扑潜在电流路径的详细方法,为形成系统化的复杂电力电子变换器潜电路分析技术提供了依据。     

基于串级结构控制的新型双向DC/DC变换器

针对双向直流变换器电压开关损耗较大,变比范围较小,传输功率密度较低等问题,提出一种新型的双向DC/DC变换器,该变换器是由Back/Boost变换器与双半桥隔离变换器组合而成的一种新型拓扑结构.建立该电路的数学模型,设计串级控制器,通过MATLAB仿真验证可行性.结果表明,这种新型变换器有较好的鲁棒性和动态响应能力,可以实现高增益、大变比、高功率密度传输.     

电力电子变换器可靠性研究

电力电子变换器在能量转换和传输中的广泛应用使其可靠性问题越来越受到人们的关注.本文从器件级和系统级角度总结了可靠性定量评估模型的建立方法,对比了各种建模方法的优缺点.分析了先天可靠性提高方法和后天可靠性提高方法提高系统可靠性的机理,实现了可靠性提高方法的分类.最后讨论了电力电子变换器可靠性研究存在的问题及未来发展方向.     

应用于直流电网的直流变换器拓扑综述

直流电网是解决远距离大功率电能传输和新能源大规模汇集的重要方案,作为实现不同电压等级的直流电网柔性互联的关键设备,直流变换器承担着电能变换与能量分配的任务,其拓扑和工作特性对直流电网的性能具有深刻影响.传统直流变换器的研究主要集中在中小功率领域,而随着直流电网的飞速发展,大功率直流变换器的应用场景进一步拓宽,开展相应拓扑的研究十分必要.本文首先梳理了新能源汇集、直流电网互联等典型场景对直流变换器的技术需求,从电气隔离角度对两端口直流变流器拓扑分类,详细对比研究其拓扑结构和变换性能,并对多端柔性互联场景中更具潜力的多端口直流变换器进行综述.然后,系统总结了直流变换器的技术特征及适用场景,并在±10 kV/±375 V的典型直流配电网算例下阐明了各类直流变换器的优缺点.最后,基于实际工程需求总结提炼了当前直流变换器存在的共性问题,并从轻量集约的设计趋势和稳定高效的发展要求展望了直流变换器的未来研究方向,以期为高压直流电网建设提供借鉴.     

电力电子教学中非隔离直流变换器教学探讨

电感在电力电子电路中有着重要的作用。在非隔离直流变换器中,电感电压、电流、磁通等在计算和分析非隔离直流变换器中电压、电流等关系等中起着重要的作用。在实践教学过程,发现许多学生对它们之间的关系计算和分析难于理解和掌握。本文探讨将电磁感应定律的不同形式的表达式应用在非隔离直流变换器教学之中。教学实践表明它不但拓宽了学生知识面、加深学生理解,而且取得了较好的教学效果。     

电力电子变换器开关拓扑的图论分析方法

提出了适用于电力电子变换器拓扑分析的广义连接矩阵,用于判别给定拓扑的电力电子变换器的开关路径,为分析变换器的开关模式提供了一种新的方法。同时,通过将变换器实际开关电路模态与电路设计的正常工作模态比较,可以判断变换器是否存在非设计要求的潜在开关路径,以便设计者及时对变换器的开关结构进行改进。最后,以三相PWM整流器和零电流谐振开关电容变换器为例,进行了详细的应用研究分析,验证实例证明了所提出方法是正确和有效的。     

双向DC/DC变换器在直流微网中的应用

为了降低直流微网母线电压的波动,提出基于双向DC/DC变换器的储能控制策略。运用直流母线电压外环,双向DC/DC变换器电感电流内环的控制方法实现直流微网与储能系统之间能量的双向流动。在系统电压产生波动时能够恢复到正常工作电压状态。通过仿真验证所提控制策略的正确性。仿真表明储能系统通过控制策略可以实现能量的双向传递。并且当电压突变时,储能系统可以使直流母线电压稳定,提高了系统可靠性。     

双馈风力发电机网侧PWM变换器控制系统设计

为保证双馈风力发电机组中网侧变换器直流环节电压的稳定及功率因数可调,以TMS320F2812 DSP为控制核心,利用智能功率模块及其驱动电路、直流电容等器件建立交-直-交双PWM变换器.通过对网侧PWM变换器在两相同步旋转d-q坐标系下数学模型的分析,确定基于电网电压定向及前馈解耦的控制策略,并详细给出了PI参数具体计算公式.研究结果表明:在不同工况下保证系统运行过程中直流环节电压的稳定、功率因数可调及变换器可以实现能量的双向流动,验证了系统控制策略及调节器参数计算方法的可行性.     

两种控制模式的开关变换器的动力学行为研究

DC-DC变换器是开关电源的核心部分,在各个领域有着广泛的应用.电压模式控制Buck变换器和电流模式控制Boost变换器是电力电子的非线性研究中两种重要的研究对象,它们都有着非常广泛的应用.以这两种模式控制的开关变换器为研究对象,通过对它们进行建模、分析和实验等证实其中存在着丰富的动力学行为,如分岔和混沌等,为实际的电路系统的稳定设计提供了理论指导.     

基于PSIM的电力电子混沌系统仿真实验

混沌是一种典型的非线性现象,广泛存在于电力电子变换器系统中。在电力电子技术的实验中引入PSIM软件,建立了电流反馈控制型Buck变换器的系统级模型,在改变反馈电路的参考电流情况下实现了对变换器混沌现象的仿真。通过对混沌系统的仿真实验,有助于学生了解电力电子的前沿技术,认知电力电子变换器的非线性本质,激发学习兴趣,提高创新能力。     

光储式电动汽车充电站直流微网运行控制策略研究

针对光储式电动汽车充电站直流微网运行中面临的光伏发电、电动汽车充电的随机性波动问题,提出了一种基于光伏电池最大功率跟踪、储能电池充放电及系统并网控制的运行策略,有效提高了系统运行的稳定性与鲁棒性.该控制策略采用扰动观察法对光伏最大功率点跟踪控制,以有效提高光伏发电的利用率.同时采用双向DC/DC变换器对电池充放电状态进行控制,并基于双向AC/DC变换器对直流微电网与大电网能量的双向流动进行控制.为验证该控制策略的有效性,建立微网模型进行仿真实验.结果 表明,该控制策略能够明显提高微网直流母线电压的稳定和光伏发电的利用率.     

浅谈电气自动化在电力系统中的应用

本文针对全控型电力电子开关、变换器电路、交流调速控制、通用变频器、单片机、集成电路及工业控制计算机的发展几方面论述了电气自动化在电力系统中的应用。     

多电平矩阵变换器系统的数学模型

多电平矩阵变换器（MMC）是在多电平逆变器和传统矩阵变换器（CMC）的基础上发展的一种新颖电力电子变换器.笔者介绍其拓扑电路,采用基于空间矢量调制策略,以电容电压、输入侧电流和输出侧电流为状态变量,建立了由供给电源、输入电感、多电平矩阵变换器和阻感性负载组成的系统的状态平均模型,为设计其控制器及深入研究提供参考.     

零电流开关电力电子变换器潜电路的布尔矩阵分析方法

提出了零电流开关电力电子变换器潜电路的布尔矩阵分析方法.通过建立电力电子变换器的开关布尔矩阵,并消去其中的无效开关向量,得到电路的最简布尔矩阵和与其相对应的有效开关状态.在此基础上将最简布尔矩阵与变换器设计的正常工作状态开关矩阵比较,判断变换器是否存在非设计要求的潜在开关路径.以Matlab7.0为平台设计了相应的算法程序,潜电路分析结果用模型文件的形式保存.最后,以零电流谐振开关电容变换器潜电路分析为例,验证了所提出方法的正确性和有效性.     

双向DC-DC变换器并联仿真

双向DC-DC变换器采用双向半桥变换器拓扑结构,首先阐述了双向半桥变换器的工作原理,并分析了电源的并联特性及自主均流法的工作原理,给出了参数设计方法.以Buck/Boost变换器并联系统为例,采用PID控制方式,应用Matlab对该模型进行了仿真,将仿真结果与未加均流方法进行比较,结果表明Buck/Boost变换器能实现能量的双向传递并且能很好地实现均流,从而验证了分析的正确性,为双向DC-DC变换器自主均流技术的推广应用提供仿真经验.     

能量存储系统双向变换器控制建模及快速实现

城市轨道交通节能与电压补偿对能量存储系统控制提出较高要求.为快速设计其控制,提高开发效率,利用Simulink/Stateflow建立了基于超级电容的城轨能量存储系统模型来快速开发其控制算法,给出了Stateflow特点分析与优化建议.在简要描述算法模型功能与通过仿真验证算法后,自动生成了适合数字信号处理器(DSP)的嵌入式代码.总结了基于DSP的快速开发流程,给出了加快控制开发迭代措施,对加快双向直流(DC/DC)变换器过渡过程也做了简述.最后,试验验证了生成代码的有效性.此控制快速开发方法同样适用于城轨其他电力电子控制系统,对降低开发难度,加快进度有较好的参考价值.