基于滑模双环控制的感应耦合电能传输系统设计

为解决轨道交通供电负载频繁波动使得系统输出恒压困难的问题,提出了基于滑模控制和PI控制的双环控制策略.首先对原边建立离散时间动态模型、副边采用大信号模型分别进行建模;其次,基于系统建模设计双环控制策略,采用滑模控制控制电流内环、PI控制控制电压外环;最后,对设计的双环控制进行了实验验证.验证结果表明:恒压下进行70 Ω和50 Ω电阻切换时,电压变化约5%,并在15 ms左右恢复到稳定值,因此,在负载波动的条件下该控制策略能保证输出电压恒定和快的响应.      

矩阵变换器调制策略的鲁棒性研究

矩阵变换器是一种没有中间直流环节的交一交直接变换器，其输入电压的畸变容易影响到输出电压的质量，输出电流的谐波也会通过变换器反馈到输入电流中来，通过对矩阵变换器间接空间矢量法调制策略的研究，提出了调制策略的实时调整原则，该原则能增强矩阵变换器工作的鲁棒性，使矩阵变换器在输入电压不对称、输入电压有谐波等非理想输入电压下，仍然输出理想的三相对称正弦电压，从而在电网电压不理想的情况下，为矩阵变换器的负载提供理想的电压源。     

混合励磁同步发电机电压控制原理分析与实现

为解决永磁发电机输出电压不可控的问题,研究了一种新型结构的混合励磁同步发电机.利用有限元方法计算了电机中永磁和电励磁的磁场分布.根据对永磁发电机输出电压的要求,制定了励磁调节系统的控制策略,讨论了调节过程.为验证混合励磁同步发电机的电压调节能力,设计制造了2.5 kW实验样机及励磁调节系统,并进行实验测试.结果表明:空载运行时,混合励磁同步发电机输出电压为永磁与电励磁部分的合成电势;负载运行时,随着负载的增加,通过调节励磁电流的大小改变了气隙磁通,输出电压稳定在135 V.     

基于LCL滤波器的单相光伏并网三环控制策略

引入LCL滤波器代替L型和LC型滤波器。分析了有源阻尼算法,针对在光照过强的条件下由于输入功率和输出功率不匹配出现的直流母线过电压现象,提出直流母线电压环、电网电流环、电容电流环三环控制策略,稳定直流母线电压。搭建了单相光伏并网控制系统模型,详细分析了所设计的控制策略,仿真结果表明,采用新型控制策略能有效控制直流母线电压,改善入网电流品质,提高系统的稳定性。     

微处理器电压调节器瞬态响应特性的改善

为设计具有快速动态响应的微处理器电源电压调节器，分析了在负载突变时电压调节器的瞬态响应特性和电路器件参数对输出电压瞬态响应影响．分析表明，采用合适电容值的低等效寄生电阻的滤波电容，并提高开关频率，可减小输出电压跌落．仿真结果显示，电感减半使电压跌落减小约20％，响应时间减小约60％；取临界(优化的)电容值可使电压波动减小约40％，但延长了响应时间；电流型控制方法比电压型控制方法电压跌落减小了约20％。响应时间缩短70％以上．     

大功率空冷自增湿PEMFC温度控制方法

为研究大功率空冷自增湿质子交换膜燃料电池(PEMFC)温度控制对电堆输出性能的影响,分别采用模糊控制、PID控制、模糊-PID切换控制、自适应模糊PID控制对电堆进行试验测试.实验结果表明,不同控制方法在负载变化时的动态响应特性存在较大差异:模糊控制对电堆输出性能影响较大,在大电流输出时会造成明显的浓差极化;模糊控制、PID控制、模糊-PID切换控制在负载变化时动态响应存在较大的超调量,调节时间长;模糊自适应PID控制超调量小,调节时间短.与PID温度控制相比,自适应模糊PID温度控制超调量降低了75%,调节时间加快了20%.综合考虑调节时间、超调量、稳态误差、电堆输出性能等因素,自适应模糊PID温度控制有利于提高大功率空冷自增湿PEMFC输出特性.      

基于新型复合控制策略的火炮电源研究

为了使火炮电源在规定负载条件下均能输出谐波含量低、稳态精度高的电压,分析了变速积分控制和重复控制两种控制策略的实现方法.在此基础上,提出了将变速积分PI控制和重复控制相结合的新型复合控制策略.仿真结果表明:基于复合控制的火炮电源系统输出电压波形质量高,动态响应快,验证了该方法的正确性与可行性.     

复合谐振型非接触电能双向传输模式

针对单级谐振的双向电能传输方式所存在的谐振容量小及器件应力大等缺点,提出一种基于LCL复合谐振的对称拓扑双向电能传输模式.建立了系统的交流阻抗模型,推导了系统输入输出增益,并分析了不同负载下系统的频率响应及不同负载与耦合系数下输出功率特性.在此基础上,给出一种基于能量注入和自由振荡双工作模式切换的输出电压调节方法,并给出一种切换占空比控制方法以保证输出电压的恒定.仿真与实验数据表明:基于双工作模式的双向电能传输模式能有效地实现能量双向传输,输出的电压纹波始终小于0.3 V,同时该模式还具有相对简单、易于实现的特点.      

Peak current control strategy with extended-state tracking compensator for DC-DC in hybrid energy storage system

Because variations of ultra-capacitor voltage and battery voltage generate subharmonic and chaotic behaviors in hybrid energy storage system (HESS) application when a DC-DC converter is under the peak current control, a novel digital control strategy, i.e., peak current control with extended-state tracking compensator, is introduced to deal with the stability. The gains of the control algorithm are selected based on pole locations formulated from the Bessel filter. The simulation results validate that under the peak current control strategy with compensator, the DC-DC converter does not have the subharmonic and chaotic behaviors. The response time under the peak current control with compensator is the same as that under the peak current control. The ripple voltage and ripple current of battery are less. The tracking error of inductor current tends to zero.     

谷值V2控制Boost变换器的频域与时域特性分析

基于对Boost变换器输出电压纹波的分析,本文将谷值V2控制技术应用于Boost变换器.详细分析了谷值V2控制Boost变换器的工作原理,首次建立了谷值V2控制Boost变换器的小信号模型,推导了控制-输出、输入-输出和输出阻抗等传递函数,研究了其频域与时域特性,并与谷值电流控制Boost变换器进行了比较分析.研究结果表明,与谷值电流控制相比,谷值V2控制Boost变换器具有比谷值电流控制Boost变换器更快的输入和负载瞬态响应速度,在给定参数下,谷值V2控制瞬态响应在输入电压增加时快530 s,输入电压减少时快800 s;当负载增加时快650 s,负载减少时快1 330 s.实验结果与仿真结果基本一致,验证了理论和仿真分析的正确性.      

用于光伏并网的组合级联式功率转换系统复合功率控制策略研究

根据光伏电站并网要求,分析了HC-PCS拓扑结构及特点,提出HC-PCS对光伏电站有功与无功综合补偿的复合功率控制策略.该复合控制策略兼顾光伏电站的有功平滑和电压稳定需求来确定HC-PCS的输出电流参考值,对HC-PCS输出有功与无功补偿进行协调控制,同时附加变化率控制,充分利用其快速功率调节特性,并且对电池充放电进行保护.对所提出的控制策略进行了仿真验证,结果表明,基于电池储能的HC-PCS可有效改善光伏电站并网特性,有助于提高光伏电站的低电压穿越能力,并对电网提供一定的动态无功支撑.     

基于改进双闭环控制的光伏并网系统研究

光伏并网系统在光照太强的情况下往往出现输入功率与输出功率不匹配,导致直流母线电容上电压过高的危害.针对这一现象提出一种新型的控制策略,对Boost电路采用三环控制的方案,即传统的电压外环和电流内环再加上直流母线电压保护环,使电路在直流母线电容电压上升时,能自动调节输入功率以匹配输出功率,保证系统额定功率输出,避免系统因直流母线过电压故障导致的系统功率丢失,以提高光伏并网系统工作的可靠性.文中采用两级式结构的单相光伏并网系统,对其控制系统进行了详细地分析设计,并通过PSIM软件进行仿真,验证了该控制策略的有效性.     

模糊PID控制策略在电动助力转向系统中的应用

助力转向控制策略是EPS系统的核心技术之一。为提高电动转向系统的动态响应速度和抗干扰能力,经分析采用模糊PID控制策略实现助力控制。模糊控制器以电流误差及误差变化率为输入,电机电压为输出,根据设定的模糊控制规则在线调整比例系数、微分系数和积分系数,以使系统性能达到预定要求。应用Matlab软件进行了计算机仿真,仿真结果表明基于模糊PID控制策略的EPS比传统PID控制具有更好的助力特性和抗干扰能力。     

用于单电感双输出Buck变换器的PCPV控制方案

为减小工作于连续导电模式（continue conduction mode,CCM）的单电感双输出（single-inductor dual-output,SIDO） Buck变换器的输出交叉影响,提出了峰值电流-峰值电压（peak-current and peak-voltage,PCPV）控制方法. 分析了PCPV控制SIDO Buck变换器的电路结构和工作原理,利用电感伏秒平衡和电容安秒平衡原理推导了输出电压与输入电压的增益表达式,并采用状态空间平均方法,建立了PCPV控制SIDO Buck变换器的状态空间平均模型;在此基础上,建立了PCPV控制SIDO Buck变换器的小信号模型,并与传统峰值电流（peak-current-mode,PCM）控制SIDO Buck变换器对比分析交叉影响. 研究结果表明:PCM控制SIDO Buck变换器输出电压较大的输出支路对输出电压较小的输出支路的交叉影响为300 mV,而PCPV控制SIDO Buck变换器输出电压较大的输出支路对输出电压较小的输出支路几乎无交叉影响;PCM控制SIDO Buck变换器的负载瞬态调节时间为12.5 ms,而PCPV控制SIDO Buck变换器的负载瞬态调节时间最大为10 ms. 相比PCM控制SIDO Buck变换器,PCPV控制SIDO Buck变换器有效地减小了交叉影响,且提高了瞬态性能. 最后通过实验结果验证了理论分析的正确性.      

变脉宽脉冲序列控制DCM Buck变换器

为解决脉冲序列（pulse train,PT）控制开关DC-DC变换器稳态输出电压纹波较大的问题,通过研究较大输出电压纹波的产生机理,提出了一种变脉冲宽度脉冲序列（variable width pulse train,VWPT）控制方法.该方法基于电感电流断续导电模式（discontinuous conduction mode,DCM）Buck变换器,根据负载功率的变化,采用数字控制方式动态调节高、低功率脉冲占空比,得到两个能量差异较小的驱动脉冲,实现对变换器的控制,以获得明显优于PT控制的输出电压纹波特性.实验结果表明,相比于PT控制,VWPT控制可以有效降低变换器的稳态输出电压纹波50%左右.      

动态参考电流控制三态Boost变换器的性能分析

为了提高工作于伪连续导电模式（pseudo continuous conduction mode，PCCM）的三态Boost变换器的效率、负载范围和瞬态响应性能，研究了一种动态参考电流（dynamic reference current，DRC）控制策略. 详细分析了DRC控制三态Boost变换器的工作原理，并比较了采用恒定参考电流（constant reference current，CRC）控制和DRC控制的三态Boost变换器的效率和负载瞬态响应性能，分别推导了它们的负载范围表达式，最后，通过实验对理论分析进行验证. 研究结果表明:与CRC控制相比，DRC控制三态Boost变换器的轻载效率提高了14%；在全负载范围内均能工作于PCCM模式，负载范围宽；负载减轻和增加时，调节时间分别减少了37.5%和32.0%，电压超调量分别减小了69.7%和61.9%，瞬态响应性能好.      

一种新型单相三开关光伏并网逆变器研究

光伏逆变器由于受外界因素以及逆变器的一些内在因素的影响,导致逆变器对输入电压的要求很严格。传统的逆变器加变压器的方法和多级级联的方法不能够妥善解决输入电压适应性的问题。为满足对大范围直流电压输入变化的适应性要求,同时实现光伏并网逆变器逆变与升压两个功能,提出了一种新型的单相三开关光伏并网逆变器拓扑。采用高频开关器件和反激变换器,替换了传统笨重的工频升压变压器,使得逆变器的体积、重量及成本降低,易于集成,且提高了变换效率。实时波形反馈技术的闭环SPWM（sinusoidal pulse width modulation）控制方法,可提供快速响应。通过一个小的交流滤波器可获得低谐波失真的正弦输出。对理论分析结果进行仿真验证,结果表明该新型单相三开关光伏并网逆变器具有拓扑简单,适应大范围直流输入电压变化,可靠性高等优点。     

基于MPC算法的电力系统负荷频率控制

针对在大规模电力系统互联情况下如何准确、快速控制系统负荷频率的问题,本文结合模型预测控制算法（MPC）,提出了一种多区域电力系统负荷频率控制方法.该方法实现了超前预测、多约束条件滚动优化和反馈校正,克服了传统PI调节方法对系统参数的敏感性,提高了负荷频率控制系统的稳定性和鲁棒性.文中对三区域电力系统进行建模,并在每个系统中设置了MPC控制器和PI控制器.仿真表明,在多区域系统、多约束条件下MPC算法在频率控制的稳定性和快速性方面远优于PI算法;当系统参数偏移10%时,MPC算法仍能保证控制性能.     

Vx接线组合式同相供电系统建模与分析

作为新一代牵引供电系统的关键技术,同相供电系统设计需要匹配牵引变压器接线方式,优化电能质量综合补偿策略,降低潮流控制器（PFC）容量及其造价。针对高速和重载铁路推广采用的自耦变压器（AT）供电方式和Vx接线牵引变压器,设计了一种组合式同相供电系统。首先,基于该系统各端口接线角关系,建立了三相电网与单相牵引负荷之间的电气量变换模型;其次,利用三相电压不平衡与无功功率综合补偿理论,将相关电能质量限值为约束条件,给出了组合式同相供电系统各端口补偿电流计算方法,提出了潮流控制器动态跟踪补偿控制方案,与已有补偿方案相比,在达到相同补偿目标时所需补偿容量可以减少10%~58%;最后,通过对多种牵引负荷工况下系统运行特性的仿真模拟,验证了上述补偿模型的正确性和控制策略的有效性。      

燃料电池电动自行车动力系统设计与整车建模

为了解决燃料电池输出波动较大,不利于电动自行车平稳运行的问题,设计并制作了燃料电池电动自行车用双相交错并联结构的升压变换器.在SIMULINK平台上建立了燃料电池电动自行车整车模型并对其进行仿真,利用PhyX-220型燃料电池作为输入进行样车试验测试.研究结果表明:该模型能够较为精确地反映整车的动态过程,满足动态负载的功率需求;系统输出的电压纹波可控制在2%以内,效率可达94%,验证了燃料电池驱动电动自行车的可行性.