电工电能新技术杂志

电工电能新技术杂志2019年第8期

• 面向储能系统应用的隔离型双向DC-DC变换器分析方法与控制技术综述

  孙凯1，陈欢1，吴红飞2

  对储能系统中的隔离型双向DC-DC变换器进行了较为全面的调研。首先介绍了储能系统的研究发展背景和其对高效率高功率密度隔离型双向DC-DC变换器的要求，然后对近年来隔离型双向DC-DC变换器的国内外研究现状进行了综述，并着重对CLLC谐振变换器和双有源桥（DAB）变换器的分析方法和控制技术进行了比较分析。CLLC谐振变换器和DAB变换器都适合于未来大规模储能系统的应用需要，其中DAB变换器技术已经趋于更加成熟，有望率先实现规模化应用，CLLC谐振变换器则在中小功率范围内更具效率、功率密度的优势，随着设计技术和制造工艺的不断进步，其应用前景也十分广阔。

• 一种应用于储能系统的两级式直流变换器拓扑与设计

  孔玮1， 屈克庆1， 孙凯2sup>， 林翔2， 牟树君3， 周友3

  针对储能系统功率双向流动和宽工作电压范围的特点设计了一种CLLC谐振型直流变换器级联交错Buck/Boost变换器的两级式直流变换器。首先，给出了两级式直流变换器的参数设计方法，基于电路的等效变换可以将CLLLC谐振腔简化为CLLC谐振腔，从而减少磁性元件数目，有利于磁性元件的集成。然后，介绍了两级式直流变换器的控制方法，并通过仿真验证了两级式直流变换器的工作原理和控制方法的正确性。最后，通过一台1kW的两级式直流变换器和DAB变换器的实验结果对比表明，设计的两级式直流变换器能够在宽工作电压范围内保持较高的运行效率，最高运行效率接近96%，重载效率明显高于传统的DAB变换器，更适合作为储能系统的双向直流变换器接口。

• 一种带有辅助LC网络的输出串联双有源桥变换电路的分析

  钟洪亮， 郭志强

  提出了一种带有辅助LC网络的输出串联双有源桥变换器拓扑，此网络用来实现全工作条件下变换器的软开关。通过分析变换器的工作模式得出软开关区域，同时为了使辅助网络产生最小的导通损耗，设计了位于软开关边界的调制轨迹，并与传统输出串联变换器的导通损耗进行对比，得出只在轻载时导通损耗会有所增加的结论。最后，通过搭建1.3kW的实验样机验证了电路拓扑的可行性和调制策略的正确性，并且可以实现软开关性能和效率的提升。

• 基于动态矩阵控制的双有源桥变换器的动态特性研究

  张佳劲， 王学梅， 张波， 桑亚雷

  动态特性是电力电子变换器在面对启动、扰动和参数突变等情况下非常重要的一种基本性能，这种性能直接决定了变换器能否胜任实际应用场景。对于双有源桥（DAB）变换器，现有的控制方法普遍存在动态响应慢，鲁棒性不强等特点。为了实现对DAB变换器动态特性的有效控制，本文针对DAB的阶跃响应提出了一种基于动态矩阵控制（DMC）的模型预测控制方法。与传统的控制方法相比，DMC不仅有误差反馈校正环节，而且具有模型预测功能和滚动优化功能。因此，DMC控制具有更好的动态响应，在抑制超调、减小稳态误差等方面有着更强的控制性能。仿真和实验均验证了上述性能。

• 双向串联谐振变换器的定频PWM控制策略研究

  余致远1， 许晓晖2， 吴红飞1， 花文敏1， 邢岩1

  研究了双向串联谐振变换器的定频PWM控制策略。通过控制原副边桥臂中点电压相位始终相同，使得谐振变换器获得了不受所传输功率大小和方向影响的电压增益特性，且通过原副边桥臂中点电压脉冲宽度的调节，使得变换器在固定开关频率下即能够获得双向升压和降压调节能力。详细分析了定频PWM调制策略的基本原理，讨论了该调制策略的可能实现方式，并选取其中一种实现方式进行了实验验证。实验结果表明所研究的调制策略的有效性，且由于变换器电压增益与功率传输方向无关，该调制策略能够使变换器获得快速平滑的双向功率切换能力。

• 面向中压交直流配电网的高频链直流固态变换器损耗模型和分析

  张学1,2， 裴玮1,2， 孔力1,2， 庞云亭1,3， 张国驹3

  高频链直流固态变换器(DCSSC)是中压交直流配电系统的关键设备之一。针对传统方法未考虑硬开关运行问题，本文提出了一种基于输入串联输出并联双有源桥的高频链固态变换器损耗计算方法。分析了高频链直流固态变换器软开关和硬开关工况下的工作原理，给出了不同阶段下开关器件有效导通时间，推导了软开关和硬开关下的电流平均值和有效值解析模型。建立了高频链直流固态变换器的通态损耗和开关损耗模型，给出了改进型高频变压器损耗计算方法。最后通过Matlab和PSIM仿真软件在开关频率和传输功率变化情况下对高频链固态变换器的各部分损耗分布和系统效率进行了验证和分析。

• 全桥型模块化多电平换流器损耗简化计算模型研究

  杨立敏1， 王晖1， 韩志勇1， 李文锋1， 李子欣2

  半导体开关器件损耗特性的非线性以及全桥子模块开关状态的多样性，对全桥型模块化多电平换流器（MMC）损耗的精确计算提出了挑战。目前常用的基于仿真软件的查表法虽然能够较准确估算MMC损耗，但计算速度慢。对此，本文提出了一种基于桥臂电流有效值和绝对值的全桥型MMC简化损耗计算模型。该模型在考虑全桥子模块在调制时输出负电平的开关状态的基础上，分别推导出换流器的通态损耗和开关损耗的数学表达式。同时在忽略二倍频谐波环流分量的前提条件下，用直观的解析表达式描述了全桥型MMC的损耗特性，并能够快速计算多种工况下的损耗。最后，本文采用简化损耗模型和基于仿真软件的查表法，分别计算换流器的损耗，并对两种计算方法之间的损耗计算误差进行分析。PSCAD/EMTDC仿真结果验证了所提简化损耗模型的准确性。

• 基于GaN器件的高功率密度LLC谐振变换器的研究

  魏小富1， 陈神炀1， 朱宏铿1， 杨旭1， 郭翔2

  随着信息技术、计算机技术、5G商业应用、大数据中心建设的迅猛发展，对高功率、高效率的通信电源存在巨大需求。氮化镓(Gallium nitride)器件具有高开关速度、低导通电阻、无反向恢复损耗等特点；LLC谐振拓扑可以实现原边功率管零电压导通、整流管零电流关断，将二者结合可以在高效率前提下进一步提高开关频率，提升功率密度。本文针对5G基站通信电源扩容中对高功率、高效率、高密度单模块电源的需求，通过原边功率管ZVS、功率器件损耗条件对谐振腔参数Ln、Q进行优化设计，结合最新高频同步整流驱动芯片NCP4305和平面变压器技术，采用全氮化镓器件作为功率管，设计并制作了一款560W，300V输入、37?5V输出的LLC谐振变换器原理样机。功率密度达到13?1W/cm3，最高效率可达到94?48%，实验验证了设计方案的正确性。

• 一种适应于两级直流配电系统的光伏直流变换器及控制策略研究

  郝利东1， 潘尚智1， 蒋建波1， 宫金武1， 罗海云2， 康鹏举3， 王文萃2

  针对高渗透率光伏接入的直流配电系统，分析确定光伏直流变换器的各系统参数要求，并结合最大功率跟踪、转换效率、系统配电效率和可靠性等方面的要求，对变换器的拓扑结构进行研究，确定系统构架方案，实现易扩展、可配置、易故障隔离，具备宽特性分布式接入能力，适用于不同的功率等级和应用场景；以 LVDC 为变换器前后级的功率解耦总线，提出离并网条件下光伏端、储能端和输出端的多端口功率协调控制技术及 LVDC 和 MVDC 两级直流母线的能量控制策略，对光伏多端口直流配电系统的研究与推广具有指导意义。