This article gives an overview of the main passive solutions and active techniques, based on AC switches to limit inrush currents in medium power AC-DC converters (up to 3.7 kW) for electric vehicle charging systems...This article gives an overview of the main passive solutions and active techniques, based on AC switches to limit inrush currents in medium power AC-DC converters (up to 3.7 kW) for electric vehicle charging systems. In particular, a strategy, based on SCR (silicon controlled rectifier) phase, shift control in a mixed rectifier bridge with diodes and thyristors, is proposed. The challenge is to help designers optimize the triggering delay of SCRs to both limit the peak value of inrush current spikes and optimize the charge duration of the DC-link capacitor. A mathematical model (Mathcad engineering tool) has been defined to point out, the interest of a variable triggering delay to control SCRs to meet the expectations described previously. Experimental measurements using an industrial evaluation board of the AC-DC converter demonstrate the robustness of the method.展开更多
为了提升双有源桥式(DAB)变换器的效率与输出电压控制的动态性能,提出自适应离散控制集模型预测控制(ADCS-MPC)策略.分析双重移相(DPS)控制下传输功率和移相比的关系,利用Karush-Kuhn Tucker(KKT)条件法求解全功率范围内的最优移相比关...为了提升双有源桥式(DAB)变换器的效率与输出电压控制的动态性能,提出自适应离散控制集模型预测控制(ADCS-MPC)策略.分析双重移相(DPS)控制下传输功率和移相比的关系,利用Karush-Kuhn Tucker(KKT)条件法求解全功率范围内的最优移相比关系解.建立DAB电压预测模型,通过相移离散化生成有限离散控制集,引入自适应步长动态调整机制,根据电压误差实时调整控制集.设计代价函数,以代价函数最小为目标确定最佳相移,结合最优移相比关系解与最佳相移的关系,计算最优移相比,降低电流应力.搭建100 W DAB变换器样机,开展对比实验验证.结果表明,该策略通过优化电流应力提升了变换器效率,利用MPC滚动优化特性提升了动态响应性能.展开更多
针对微特电机驱动控制系统中,双有源桥(dual active bridge,DAB)变换器在高频调制过程中易产生较大电流应力,导致器件温升高、寿命衰减及负载扰动下系统稳定性下降等问题,本文提出一种改进型双移相优化调制策略。该方法基于双有源桥拓扑...针对微特电机驱动控制系统中,双有源桥(dual active bridge,DAB)变换器在高频调制过程中易产生较大电流应力,导致器件温升高、寿命衰减及负载扰动下系统稳定性下降等问题,本文提出一种改进型双移相优化调制策略。该方法基于双有源桥拓扑,建立双移相调制下的功率传输模型与电流应力数学模型,采用拉格朗日乘数法求解最优移相比组合,并进一步推导多功率场景下的电流应力解析表达式;在控制器设计方面,引入电感电流内环补偿机制,提高系统对电机驱动过程中负载变化的动态响应能力。MATLAB/Simulink仿真结果表明,该方法在典型微特电机负载工况下能有效降低变换器的电流应力,缩短暂态响应时间,并改善输出电压纹波,对提升微特电机控制系统的稳态与暂态性能具有良好效果,为高效能电机驱动供电模块的优化设计提供理论依据。展开更多
随着新能源大规模接入电网,潮流分布不均问题日益凸显,严重影响电网可靠性与灵活性,故急需能够提升电网潮流动态控制能力的手段。首先,文中针对线路潮流分布不均,需要频繁调控潮流的应用场景,提出一种基于三电平中点箝位(neutral point ...随着新能源大规模接入电网,潮流分布不均问题日益凸显,严重影响电网可靠性与灵活性,故急需能够提升电网潮流动态控制能力的手段。首先,文中针对线路潮流分布不均,需要频繁调控潮流的应用场景,提出一种基于三电平中点箝位(neutral point clamped,NPC)型逆变器的新型混合潮流控制器(hybrid power flow controller,HPFC),结合移相变压器(phase-shifting transformer,PST)大幅离散调节与三电平NPC小范围柔性调节的特点,实现对潮流大范围的精确控制。然后,理论分析PST与三电平NPC的工作原理,提出一种二者相协同的控制策略,并确定HPFC的整体运行方式与工作范围。最后,以220 kV双回线路为应用场景,在PSCAD/EMTDC平台仿真验证所提新型HPFC控制策略的有效性及其对潮流的控制能力。结果表明,所提新型HPFC能有效优化传统两电平电压源换流器(voltage source converter,VSC)输出谐波含量较高的缺陷,实现对潮流的大范围柔性控制,且针对目标潮流频繁变化的动态场景,HPFC也能快速精确地作出响应。展开更多
针对双有源桥(dual active bridge,DAB)电路在电动汽车充放电能量转换过程中存在的传输效率低的问题,文中提出一种结合微分极值法与分段控制的最小电流应力优化控制策略。该策略在满足软开关约束的前提下,优化电流应力与抑制回流功率,...针对双有源桥(dual active bridge,DAB)电路在电动汽车充放电能量转换过程中存在的传输效率低的问题,文中提出一种结合微分极值法与分段控制的最小电流应力优化控制策略。该策略在满足软开关约束的前提下,优化电流应力与抑制回流功率,从而有效提升传输效率。首先,以功率正向传输为例,推导拓展移相(extended phase shift,EPS)控制在两种工作模态下实现开关管软开关的条件,并分析回流功率的产生机理,阐述减小电流应力对抑制回流功率的作用;然后,基于微分极值法推导最小电流应力的最优移相比组合,并结合不同模态下软开关范围进行分段控制;最后,实验结果表明,在电压传输比大于1时,该最小电流应力优化策略在全功率范围内实现所有开关管软开关的同时,可以有效降低电流应力、抑制回流功率、提升传输效率。在电压传输比小于1时,该策略虽仍可降低电流应力,但并不能实现所有开关管零电压开通。展开更多
摘要This article gives an overview of the main passive solutions and active techniques, based on AC switches to limit inrush currents in medium power AC-DC converters (up to 3.7 kW) for electric vehicle charging systems. In particular, a strategy, based on SCR (silicon controlled rectifier) phase, shift control in a mixed rectifier bridge with diodes and thyristors, is proposed. The challenge is to help designers optimize the triggering delay of SCRs to both limit the peak value of inrush current spikes and optimize the charge duration of the DC-link capacitor. A mathematical model (Mathcad engineering tool) has been defined to point out, the interest of a variable triggering delay to control SCRs to meet the expectations described previously. Experimental measurements using an industrial evaluation board of the AC-DC converter demonstrate the robustness of the method.
摘要为了提升双有源桥式(DAB)变换器的效率与输出电压控制的动态性能,提出自适应离散控制集模型预测控制(ADCS-MPC)策略.分析双重移相(DPS)控制下传输功率和移相比的关系,利用Karush-Kuhn Tucker(KKT)条件法求解全功率范围内的最优移相比关系解.建立DAB电压预测模型,通过相移离散化生成有限离散控制集,引入自适应步长动态调整机制,根据电压误差实时调整控制集.设计代价函数,以代价函数最小为目标确定最佳相移,结合最优移相比关系解与最佳相移的关系,计算最优移相比,降低电流应力.搭建100 W DAB变换器样机,开展对比实验验证.结果表明,该策略通过优化电流应力提升了变换器效率,利用MPC滚动优化特性提升了动态响应性能.
摘要针对微特电机驱动控制系统中,双有源桥(dual active bridge,DAB)变换器在高频调制过程中易产生较大电流应力,导致器件温升高、寿命衰减及负载扰动下系统稳定性下降等问题,本文提出一种改进型双移相优化调制策略。该方法基于双有源桥拓扑,建立双移相调制下的功率传输模型与电流应力数学模型,采用拉格朗日乘数法求解最优移相比组合,并进一步推导多功率场景下的电流应力解析表达式;在控制器设计方面,引入电感电流内环补偿机制,提高系统对电机驱动过程中负载变化的动态响应能力。MATLAB/Simulink仿真结果表明,该方法在典型微特电机负载工况下能有效降低变换器的电流应力,缩短暂态响应时间,并改善输出电压纹波,对提升微特电机控制系统的稳态与暂态性能具有良好效果,为高效能电机驱动供电模块的优化设计提供理论依据。
摘要随着新能源大规模接入电网,潮流分布不均问题日益凸显,严重影响电网可靠性与灵活性,故急需能够提升电网潮流动态控制能力的手段。首先,文中针对线路潮流分布不均,需要频繁调控潮流的应用场景,提出一种基于三电平中点箝位(neutral point clamped,NPC)型逆变器的新型混合潮流控制器(hybrid power flow controller,HPFC),结合移相变压器(phase-shifting transformer,PST)大幅离散调节与三电平NPC小范围柔性调节的特点,实现对潮流大范围的精确控制。然后,理论分析PST与三电平NPC的工作原理,提出一种二者相协同的控制策略,并确定HPFC的整体运行方式与工作范围。最后,以220 kV双回线路为应用场景,在PSCAD/EMTDC平台仿真验证所提新型HPFC控制策略的有效性及其对潮流的控制能力。结果表明,所提新型HPFC能有效优化传统两电平电压源换流器(voltage source converter,VSC)输出谐波含量较高的缺陷,实现对潮流的大范围柔性控制,且针对目标潮流频繁变化的动态场景,HPFC也能快速精确地作出响应。
摘要针对双有源桥(dual active bridge,DAB)电路在电动汽车充放电能量转换过程中存在的传输效率低的问题,文中提出一种结合微分极值法与分段控制的最小电流应力优化控制策略。该策略在满足软开关约束的前提下,优化电流应力与抑制回流功率,从而有效提升传输效率。首先,以功率正向传输为例,推导拓展移相(extended phase shift,EPS)控制在两种工作模态下实现开关管软开关的条件,并分析回流功率的产生机理,阐述减小电流应力对抑制回流功率的作用;然后,基于微分极值法推导最小电流应力的最优移相比组合,并结合不同模态下软开关范围进行分段控制;最后,实验结果表明,在电压传输比大于1时,该最小电流应力优化策略在全功率范围内实现所有开关管软开关的同时,可以有效降低电流应力、抑制回流功率、提升传输效率。在电压传输比小于1时,该策略虽仍可降低电流应力,但并不能实现所有开关管零电压开通。