全桥隔离DC/DC变换器的直接功率控制方法
发布时间：2022-01-04 07:40
以无工频变压器电力牵引传动系统为应用背景,对其中的全桥隔离DC/DC变换器开展研究。在电力牵引传动系统中,单相网侧脉冲整流器直流输出电压中含有二倍电网频率的电压脉动,该二倍频脉动可能会引起电机中的拍频现象。因此,为减小该二倍频电压脉动对DC/DC变换器输出电压的影响,研究全桥隔离DC/DC变换器在输入电压动态变化时的高性能控制方法非常必要。为提高全桥隔离DC/DC变换器在输入电压脉动以及突变情况下的动态响应性能,基于单相移控制方法,提出了一种直接功率控制方法,并进行了详细的分析。最后,基于RT-LAB和赛灵思XC3S500E的半实物仿真平台和基于TMS320F28335控制器的实物实验平台对所提出的控制方法进行验证,半实物仿真和实物实验结果表明:在输入电压突变、输入电压含有脉动和波动的情况下,该直接功率控制算法能有效提高输出电压的动态性能,减小输入电压扰动对输出电压的影响。
【文章来源】：电力系统自动化. 2016,40(17)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图１全桥隔离ＤＣ／ＤＣ变换器Ｆｉｇ．１Ｆｕｌｌ－ｂｒｉｄｇｅ－ｉｓｏｌａｔｅｄＤＣ／ＤＣｃｏｎｖｅｒｔｅｒ
乎保持不变，结合式（８），输出功率可进一步简化为：ｐ＝２ｎＬＰＴｓ＝ＵｉｎＵｏＤ（１－Ｄ）（１０）则根据式（１０），相移控制量Ｄ可以表示为：Ｄ＝１２－１４－ｐ＊ＵｏＵｉｎ槡０＜ｐ＊＜ＵｉｎＵｏ４（１１）式（１１）给出了相移控制量的计算模型，则全桥隔离ＤＣ／ＤＣ变换器的直接功率控制框图见附录Ａ图Ａ１。３．３输入电压波动的抑制输入电压含有波动时，采用直接功率控制方法，变换器主要的波形如图３所示。图３中，在第ｎ个控制周期内，采集输入电压记为Ｕｉｎ＿ｎ和输出电压记为Ｕｏ＿ｎ，直流侧输出电压经过ＰＩ控制器得到功率的给定值ｐ＊ｎ，根据式（１１），则第ｎ＋１个控制周期内的相移控制量Ｄｎ可表示为：Ｄｎ＝１２－１４－ｐ＊ｎＵｏ＿ｎＵｉｎ＿ｎ槡（１２）图３输入电压波动时的直接功率控制方法波形Ｆｉｇ．３Ｗａｖｅｆｏｒｍｓｏｆｄｉｒｅｃｔｐｏｗｅｒｃｏｎｔｒｏｌｓｃｈｅｍｅｉｎｉｎｐｕｔｖｏｌｔａｇｅｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎ基于能量守恒原理，控制系统实时对输入电压的变化得到相应的控制量的变换量，能减小输入电压波动对输出电压的影响。４仿真与实验结果及分析４．１半实物仿真验证本文搭建基于赛灵思ＸＣ３Ｓ５００Ｅ和ＲＴ－ＬＡＢＯＰ５６００的硬件在环半实物仿真平台，其系统结构如附录Ａ图Ａ２所示。全桥隔离ＤＣ／ＤＣ变换器半实物系统的相关参数如下：输出电压为２００Ｖ，等效电感为１．５ｍＨ，开
力牵引传动系统的进一步轻量化提供了有效途径。４．２实物实验验证为进一步验证在输入电压变化时，采用直接功率控制方法，输出电压也能保证稳定，搭建了基于ＴＭＳ３２０Ｆ２８３３５控制器的实物实验平台，如附录Ａ图Ａ６所示。全桥隔离ＤＣ／ＤＣ变换器实物实验系统的相关参数如下：输出电压为４０Ｖ，等效电感为０．２ｍＨ，开关频率为１０ｋＨｚ，变压器变比为１，输入电压为５０～６０Ｖ。传统方法与直接功率控制方法在输入电压突增和突减时，相应的电压瞬态实验波形分别为图５和图６所示。图５输入电压突增时Ｕｉｎ和Ｕｏ实验波形Ｆｉｇ．５ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｗａｖｅｆｏｒｍｓｏｆＵｉｎａｎｄＵｏｉｎｉｎｐｕｔｖｏｌｔａｇｅｓｔｅｐ－ｕｐｃｏｎｄｉｔｉｏｎ图６输入电压突减时Ｕｉｎ和Ｕｏ实验波形Ｆｉｇ．６ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｗａｖｅｆｏｒｍｓｏｆＵｉｎａｎｄＵｏｉｎｉｎｐｕｔｖｏｌｔａｇｅｓｔｅｐ－ｄｏｗｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎ由图５和图６可得，在采用传统闭环控制时，当输入电压从５０Ｖ突变到５７Ｖ时输出电压的动态调节时间为７５ｍｓ，当输入电压从５７Ｖ突变到５０Ｖ时的动态调节时间为１０３ｍｓ。若采用直接功率控制方法，不论输入电压突增还是突减，该方法都具有非常快的响应速度，输出电压基本没有波动。进一步验证了理论分析和半实物仿真的正确性。２０７侯聂，等全桥隔离ＤＣ／ＤＣ变换器的直接功率控制方法
【参考文献】：
期刊论文
[1]单相三电平脉冲整流器无锁相环直接功率控制[J]. 马俊鹏,宋文胜,冯晓云. 中国电机工程学报. 2015(07)
[2]新型模块化高压大功率DC-DC变换器[J]. 赵成勇,李路遥,翟晓萌,黄晓明,陆翌,裘鹏. 电力系统自动化. 2014(04)
[3]含DC/DC变换器全钒液流电池储能系统安全充放电策略[J]. 李辉,季海婷,付博,杨超,秦星,陈耀君. 电力系统自动化. 2013(24)
[4]应用于微逆变器的高增益DC/DC变换器设计[J]. 王挺,汤雨. 电力系统自动化. 2013(13)
[5]牵引变流器–电机拍频现象及其抑制方法[J]. 苟斌,冯晓云,宋文胜,韩坤,葛兴来. 中国电机工程学报. 2013(09)
[6]双重移相控制的双向全桥DC-DC变换器及其功率回流特性分析[J]. 赵彪,于庆广,孙伟欣. 中国电机工程学报. 2012(12)
[7]燃料电池混合动力车辆多能源管理策略[J]. 李奇,陈维荣,刘述奎,宋文胜,杨顺风. 电工技术学报. 2011(S1)
[8]基于直流电网的非并网风电系统及其控制策略[J]. 陈杰,张先进,龚春英,严仰光. 电力系统自动化. 2009(10)
本文编号：3567964
【文章来源】：电力系统自动化. 2016,40(17)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图１全桥隔离ＤＣ／ＤＣ变换器Ｆｉｇ．１Ｆｕｌｌ－ｂｒｉｄｇｅ－ｉｓｏｌａｔｅｄＤＣ／ＤＣｃｏｎｖｅｒｔｅｒ
乎保持不变，结合式（８），输出功率可进一步简化为：ｐ＝２ｎＬＰＴｓ＝ＵｉｎＵｏＤ（１－Ｄ）（１０）则根据式（１０），相移控制量Ｄ可以表示为：Ｄ＝１２－１４－ｐ＊ＵｏＵｉｎ槡０＜ｐ＊＜ＵｉｎＵｏ４（１１）式（１１）给出了相移控制量的计算模型，则全桥隔离ＤＣ／ＤＣ变换器的直接功率控制框图见附录Ａ图Ａ１。３．３输入电压波动的抑制输入电压含有波动时，采用直接功率控制方法，变换器主要的波形如图３所示。图３中，在第ｎ个控制周期内，采集输入电压记为Ｕｉｎ＿ｎ和输出电压记为Ｕｏ＿ｎ，直流侧输出电压经过ＰＩ控制器得到功率的给定值ｐ＊ｎ，根据式（１１），则第ｎ＋１个控制周期内的相移控制量Ｄｎ可表示为：Ｄｎ＝１２－１４－ｐ＊ｎＵｏ＿ｎＵｉｎ＿ｎ槡（１２）图３输入电压波动时的直接功率控制方法波形Ｆｉｇ．３Ｗａｖｅｆｏｒｍｓｏｆｄｉｒｅｃｔｐｏｗｅｒｃｏｎｔｒｏｌｓｃｈｅｍｅｉｎｉｎｐｕｔｖｏｌｔａｇｅｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎ基于能量守恒原理，控制系统实时对输入电压的变化得到相应的控制量的变换量，能减小输入电压波动对输出电压的影响。４仿真与实验结果及分析４．１半实物仿真验证本文搭建基于赛灵思ＸＣ３Ｓ５００Ｅ和ＲＴ－ＬＡＢＯＰ５６００的硬件在环半实物仿真平台，其系统结构如附录Ａ图Ａ２所示。全桥隔离ＤＣ／ＤＣ变换器半实物系统的相关参数如下：输出电压为２００Ｖ，等效电感为１．５ｍＨ，开
力牵引传动系统的进一步轻量化提供了有效途径。４．２实物实验验证为进一步验证在输入电压变化时，采用直接功率控制方法，输出电压也能保证稳定，搭建了基于ＴＭＳ３２０Ｆ２８３３５控制器的实物实验平台，如附录Ａ图Ａ６所示。全桥隔离ＤＣ／ＤＣ变换器实物实验系统的相关参数如下：输出电压为４０Ｖ，等效电感为０．２ｍＨ，开关频率为１０ｋＨｚ，变压器变比为１，输入电压为５０～６０Ｖ。传统方法与直接功率控制方法在输入电压突增和突减时，相应的电压瞬态实验波形分别为图５和图６所示。图５输入电压突增时Ｕｉｎ和Ｕｏ实验波形Ｆｉｇ．５ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｗａｖｅｆｏｒｍｓｏｆＵｉｎａｎｄＵｏｉｎｉｎｐｕｔｖｏｌｔａｇｅｓｔｅｐ－ｕｐｃｏｎｄｉｔｉｏｎ图６输入电压突减时Ｕｉｎ和Ｕｏ实验波形Ｆｉｇ．６ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｗａｖｅｆｏｒｍｓｏｆＵｉｎａｎｄＵｏｉｎｉｎｐｕｔｖｏｌｔａｇｅｓｔｅｐ－ｄｏｗｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎ由图５和图６可得，在采用传统闭环控制时，当输入电压从５０Ｖ突变到５７Ｖ时输出电压的动态调节时间为７５ｍｓ，当输入电压从５７Ｖ突变到５０Ｖ时的动态调节时间为１０３ｍｓ。若采用直接功率控制方法，不论输入电压突增还是突减，该方法都具有非常快的响应速度，输出电压基本没有波动。进一步验证了理论分析和半实物仿真的正确性。２０７侯聂，等全桥隔离ＤＣ／ＤＣ变换器的直接功率控制方法
【参考文献】：
期刊论文
[1]单相三电平脉冲整流器无锁相环直接功率控制[J]. 马俊鹏,宋文胜,冯晓云. 中国电机工程学报. 2015(07)
[2]新型模块化高压大功率DC-DC变换器[J]. 赵成勇,李路遥,翟晓萌,黄晓明,陆翌,裘鹏. 电力系统自动化. 2014(04)
[3]含DC/DC变换器全钒液流电池储能系统安全充放电策略[J]. 李辉,季海婷,付博,杨超,秦星,陈耀君. 电力系统自动化. 2013(24)
[4]应用于微逆变器的高增益DC/DC变换器设计[J]. 王挺,汤雨. 电力系统自动化. 2013(13)
[5]牵引变流器–电机拍频现象及其抑制方法[J]. 苟斌,冯晓云,宋文胜,韩坤,葛兴来. 中国电机工程学报. 2013(09)
[6]双重移相控制的双向全桥DC-DC变换器及其功率回流特性分析[J]. 赵彪,于庆广,孙伟欣. 中国电机工程学报. 2012(12)
[7]燃料电池混合动力车辆多能源管理策略[J]. 李奇,陈维荣,刘述奎,宋文胜,杨顺风. 电工技术学报. 2011(S1)
[8]基于直流电网的非并网风电系统及其控制策略[J]. 陈杰,张先进,龚春英,严仰光. 电力系统自动化. 2009(10)
本文编号：3567964
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