以串联谐振型DAB变换器SRDAB(series resonant DAB)为研究对象,针对在移相调制策略下SRDAB变换器运行效率的问题,提出1种回流功率减小的效率优化策略。首先,在移相调制下建立SRDAB变换器传输效率的数学模型,推导出变换器工作时回流功率的数学表达式,得出影响变换器回流功率的参数。其次,计算变换器运行时产生的暂态损耗与通态损耗数学表达式,构建变换器运行效率数学模型,得出移相比和开关频率与谐振频率之比二者与变换器效率的关系,进而优化这2个关键参数使运行效率提升。最后,通过搭建仿真和实验电路验证了效率优化策略的正确性和有效性。

针对储能系统中通常直流母线侧电压等级较高而电池侧电压较低且电压变化范围宽的情况,提出1种三电平双向全桥多谐振DC-DC变换器拓扑,其高压侧采用三电平结构,可减小开关管的电压应力。谐振腔设计为带有辅助电感的LLCLC多谐振结构,使其等效电路左右对称,可达成正、反向工作对等驱动控制,从而实现功率双向传输。采用改进的同步变频控制策略,使高、低压侧开关管正、反向工作时均可实现全范围零电压开通。与传统LLC谐振拓扑相比,所提拓扑能够在较窄的频率范围内实现更宽范围的电压增益。通过对谐振腔参数的优化设计可使变换器同时传输电流基波和3次谐波功率,在高频段提高能量的传输效率。最后搭建2 kW实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性。

CLLC谐振变换器可实现双向功率传输,具有高效率、高功率密度的特点,但传统的参数设计方法步骤繁琐,需迭代多次才能取得合适的功率电路参数。为此,深入分析双向CLLC变换器工作原理和工作特性,提出1种新的参数设计方法。综合考虑全工作范围软开关、设计指标约束及高效率优化条件,缩小设计参数的可选范围,优化设计步骤,有效减少了变换器参数设计过程的复杂度。结合工业场合下48~380 V/kW双向直流变换应用需求,给出了具体的参数设计步骤和结果,并研制出了样机,通过实验测试验证了所提参数设计方法的正确性和有效性。

为了解决频率控制的LLC谐振变换器受限于开关频率而难以实现宽输出电压范围这一问题,研究了1种可拓展的变模态交错并联LLC谐振变换器。该变换器的二次侧采用倍压整流电路,根据一次侧双半桥不同的开关组合工作在并联模态或串联模态,可以适应1~3N倍宽输出电压范围。同时,提出了1种定频PWM控制方法,通过在并联模态和串联模态的中间区域固定开关频率为谐振频率,改变1个桥臂的占空比,实现电压控制。PSIM仿真结果验证了该变换器经过拓展2N个谐振腔后可实现1~3N倍宽输出电压范围。100 W实验样机的实验结果验证了双半桥两谐振腔时可实现1~3倍的宽输出电压范围,证明了该变换器及其控制策略的有效性。

应用多相交错并联耦合电感技术,可以有效降低相电流纹波、提升动态响应速度。针对不同设计目标,首先分析直接耦合电感和间接耦合电感的稳态性能和动态性能的影响因素;然后根据耦合前后等效动态电感不变设计提升稳态性能的直接耦合电感和间接耦合电感,根据耦合前后等效稳态电感不变设计提升动态性能的直接耦合电感和间接耦合电感;最后通过实验验证了理论分析的正确性和有效性。实验表明,2种不同耦合方式的耦合电感分别对提高变换器的稳态性能和动态性能有明显的效果。

宽输入谐振变换器在储能与新能源系统中有广泛的应用需求。应用时域分析法求取LLC谐振变换器的电压增益特性时,已有研究通常假定移相控制电路处于电流断续模式,使得变换器连续模式的增益分析结果出现明显误差。针对倍压整流LLC谐振变换器,提出识别2种模式的时域分析计算方法。首先通过模态分析得出电流连续或断续的判据;然后以时域分析法推导2种模式的归一化计算模型,并使用计算结果和判据验证工作模式;最后通过不同条件下电压增益曲线的计算、仿真和实验对比证明了所提方法的有效性。结果表明,该方法对可能出现连续模式的LLC变换器更加适用,增益分析的准确性有所提高,有助于参数设计。

针对传统LLC谐振变换器在宽电压应用时开关频率范围过宽且电压调节性能较差的问题,提出1种倍压型两相并联谐振变换器。该变换器一次侧为并联双半桥LLC结构,二次侧在全桥整流网络中引入双向开关,构成可重构倍压整流网络。工作时采用定频控制,一次侧下半桥通过改变占空比来改变谐振槽输入电压,上半桥则以固定占空比工作,二次侧整流网络在双向开关的作用下实现全桥和倍压混合整流,可实现4倍的电压增益范围。同时,该变换器具有良好的软开关性能,且电压增益与励磁电感、负载无关,可选用较大的励磁电感来减小开关的关断和导通损耗。最后,仿真与实验验证了该变换器的有效性。

针对双有源桥DC-DC变换器在电压不匹配时会产生较大的电流应力,导致变换器效率降低的问题,提出1种结合双重内移相与交错双重移相的组合双重移相控制策略。首先,分析2种控制策略工作原理,建立传输功率和电流应力的数学模型;然后,以最小电流应力为优化目标,利用Karush-Kuhn-Tucker条件下的拉格朗日乘子法求解最优移相比;其次,根据电压比和传输功率对2种控制策略下的优化方法进行组合,利用组合双重移相控制获得全局电流应力最优解,并与现有的单移相和双重移相控制进行比较,得出所提控制策略能够在电压比较大的情况下进一步降低电流应力与回流功率,提高传输效率;最后,搭建实验样机验证该控制策略可行性。

研究Boost变换器分数阶PID控制设计问题,利用Oustaloup滤波器近似算法拟合系统的分数阶电感和电容模型。针对粒子群优化PSO(particle swarm optimization)算法整定分数阶PID控制器参数时学习能力不充分、迭代收敛乏力的问题,提出1种改进的粒子群优化算法,该算法引入了自适应惯性权重、自适应学习因子及加权变异3种策略用以提高粒子多样性,增强收敛速度与精度。将改进的粒子群算法应用于分数阶Boost变换器PID控制系统设计。仿真结果表明,经改进的粒子群算法设计的控制系统的输出电压和电感电流动态响应更快,在负载突变时输出电压的抗干扰能力更优,电感电流的跟踪调节能力更强。

移相全桥零电压零电流开关ZVZCS(zero-voltage zero-current switching)变换器因结构简单、效率高等优点,在大功率直流变换应用场合备受青睐。目前,大功率移相全桥ZVZCS变换器仍存在电流复位困难、占空比丢失严重等问题。针对上述问题,提出1种新型移相全桥ZVZCS变换器,通过在一次侧引入辅助电路,在滞后桥臂开通前将电流复位至0,保证其可以在宽负载范围内实现零电流开关;与此同时,还可以加速一次侧续流换流速度,减少占空比丢失,实现电源的优化设计。在分析了变换器的电路结构、工作原理和特性的基础上,设计1台1 kW实验样机,验证了其正确性。

新能源汽车是我国汽车行业转型发展的主要方向,它们的安全性问题引起了全社会的高度关注。为了研究新能源汽车动力电池安全问题,对近6年内公开的新能源汽车事故进行统计,分析了起火车型和起火原因。对电池过充、过放、内外部短路、挤压碰撞、热失控等安全事故机理进行了描述,综述了电池热失控时的特征参数,基于运行数据分析了某事故车在起火时的特征参数变化,最后对新能源汽车存在的问题提出了一些解决方法,并重点描述了基于大数据建立的电池模型和智能算法,为今后的动力电池故障诊断工作提供了一定的基础。

针对单相储能逆变器中双向H4桥变换器换路瞬间的时延振荡,提出1种双向H4桥变换器的统一控制方法。该方法利用电压调节器控制变换器的功率流向,基于功率平衡理论推导出1套双向可行的控制参数,同时为实现交流电流无静差跟踪输入电压、增加稳定性,电流内环采用准比例谐振控制器,并采用二阶广义积分器设计锁相环。PSIM仿真和实验均表明该方法能实现整流和有源逆变状态之间的无缝切换,且在启动及状态切换时都有很好的效果,实现单相光伏储能系统中双向AC-DC的稳定控制并获得良好的动态性能。

应用于储能系统的电流源型双有源桥式变换器往往存在电流应力大、软开关范围受限等问题,限制了变换器的效率和功率密度。针对此问题,结合耦合电感技术,提出1种储能侧电流纹波小且软开关范围宽的电流源型双有源桥式变换器。变换器的储能侧由2个并联的电流源型全桥构成,可有效减小储能侧开关管的电流应力。通过调节储能侧并联全桥间的移相,可减小储能侧电流纹波;通过合理设计耦合滤波电感,得到足够大的互感电流以满足开关管的软开关条件。详细介绍了变换器的工作原理和稳态分析,并设计了400 W的实验样机,实验结果进一步验证了所提变换器的优越性和可行性。

将磁集成耦合技术引入高增益变换器,提出1种基于二极管钳位的磁集成Boost变换器。对所提变换器工作原理和性能的理论分析表明,该变换器在兼具原变换器电压增益较高和控制策略较简单等优点的基础上,实现了体积减少及电感电流纹波降低。通过开关电容技术使所提变换器的电压增益得到了进一步提高,降低了开关管和二极管的电压应力,有效提高了变换器的能量转换效率。最后通过仿真与实验验证了理论分析的正确性。

微处理器的发展越来越迅速,随着输出电容及其等效串联电阻ESR(equivalent series resistance)逐渐减少,微处理器电源数字控制的优势逐渐受到重视。这些数字多相Buck变换器需要足够的稳定性,故研究了数字恒定导通时间多相控制器。首先通过数字补偿斜坡(在1个开关周期内斜率固定的斜坡)、总电感电流信息、输出电容两端电荷变化来推导系统的稳定性条件。然后通过稳定性条件得到补偿斜坡斜率的要求,其中需要考虑模数转换器ADC(analog-to-digital converter)采样延迟和电路传播延迟等因素的影响。针对多相的重叠和非重叠2 种占空比进行分类分析可得出结论。通过SIMPLIS仿真,设计并调整最小补偿斜坡和实际的斜坡参数,得到仿真结果与推导的理论分析结果一致,说明了数字多相Buck变换器稳定性分析的准确性。

单级Buck变换器的实际占空比受到开关速度与死区影响,难以满足宽范围调压需求。采用多级级联Buck拓扑结构并提出1种适用于多级级联变换器的输出电压协同控制策略。所述控制策略兼顾运行效率,采用脉宽调制与变频调制结合的混合调制方法,实现各级变换器输出电压控制切换并覆盖全范围输出电压。建立开关损耗模型并分析混合调制对效率的优化效果。最后搭建仿真模型验证调制与控制设计的正确性,并搭建了1台50~75 V输入,1~40 V/200 A输出的8 kW两级式样机验证所提控制策略的可行性。

准Z源三电平逆变器的升压控制和中点电位平衡控制之间的耦合严重限制了其控制性能。为解决上述问题,提出1种基于虚拟矢量脉宽调制方法的中点电位平衡策略,通过直流母线电容电压闭环控制实现中点电位平衡控制,消除了中点电位低频波动,同时采用恒直通升压调制策略,避免了升压控制对中点电位的影响,保证了准Z源网络充足的升压空间。最后通过仿真和实验验证了所提控制策略的有效性。

谐波和电磁干扰EMI(electromagnetic interference)滤波器是并网逆变器中用于抑制谐波失真和EMI噪声的2个重要输出滤波器。因此,提出1种通过平面磁集成的方法组合谐波和EMI滤波器,实现设备体积和质量的减小。首先,选择合适的磁芯将共模电感和差模电感通过PCB绘制平面线圈的方法集成在同一磁芯上,在PCB板层插入电介质板,合理规划层连接方式集成分立电容,实现EMI滤波器的平面电磁集成;其次,采用对称LCL滤波器拓扑结构,取代传统的磁集成非对称结构,进一步通过设计磁芯中柱的气隙和合理布置平面绕组,将LCL谐波滤波器的电感也集成在同一磁芯单元,形成LCL-EMI型平面磁集成滤波器;最后,通过搭建氮化镓单相逆变器平台,对平面磁集成的LCL-EMI滤波器进行实验分析,验证所提平面磁集成方法的可行性。

相比传统的硅Si(silicon)器件,氮化镓GaN(gallium nitride)器件具有更低的寄生参数、更快的开关速度和更小的导通电阻,但也导致器件在开通过程中更容易发生持续振荡现象,带来电路的不稳定问题。为了抑制这种现象,建立常规驱动方式下桥式电路的负电导模型,分析电路的振荡稳定性,建立在常规驱动方式基础上增加优化方式的负电导模型,分别选择以改变关断电阻、增加磁珠为代表的串联阻尼和以RC(resistor-capacitance)阻尼器为代表的并联低阻抗的优化方式。通过此模型可以判断出驱动优化方式的加入对电路振荡稳定性产生的影响,并通过实验结果验证了加入优化方式前、后电路的振荡稳定性变化,为驱动回路选择合适的驱动优化方式提供了参考。

针对移相全桥变换器因谐振电感体积和占空比损失的限制,传统控制方法难以在宽负载范围内实现软开关的问题,采用1种基于峰值电流与突发模式的混合控制方法。通过调整突发占空比稳定输出电压到参考值,改变移相角保证原边有足够大的电流实现滞后桥臂开关管的零电压开通。对所采用的控制方式搭建仿真平台,并研制1台240 W样机,通过数字信号处理器实现移相全桥变换器混合控制,通过仿真和实验验证控制方法的可行性。

为解决新能源多变流器并网系统MGCCS(multiple grid-connected-converter system)中的电能质量相关问题,首先基于谐波状态空间HSS(harmonic state space)方法建立MGCCS的串联和并联模型。HSS模型考虑了开关过程中的高频分量,其内部的Toeplitz矩阵能够有效捕捉变流器内部的谐波耦合。在建立MGCCS串联和并联HSS模型的基础上,引入虚拟电阻改进模型,并考虑电网阻抗的影响,以模拟多变流器并网系统。通过对状态矩阵的特征值分析,对多变流器互联系统的谐波稳定性进行研究。研究深入分析了主电路和控制器参数对谐波不稳定性的影响,预测谐波不稳定模式的振荡频率。MATLAB/Simulink仿真结果及RT-LAB实验结果验证了基于HSS改进模型的正确性以及谐波稳定性分析的准确性。

恒流供电系统因其较强的抗故障能力,适用于环境恶劣的海底远距离供电,但海底设备均采用恒压供电,因此需使用恒流转恒压变换装置将恒流输入转换为恒压输出,然后为该类设备提供电能。为解决宽负载范围下恒流转恒压的高效变换与高压隔离控制的关键问题,首先提出1种分流调节器电路和直流变压器级联的恒流转恒压变换拓扑,实现恒流到恒压的宽范围高效变换;其次,针对高压隔离下的输出控制问题,研究基于输入侧检测的输出电压间接控制策略,无需高成本、大体积的输出隔离检测器件实现对输出电压的精准控制;最后,搭建输入电流为1 A、额定功率为500 W的实验样机,验证恒流转恒压变换器电能变换技术的可行性。

电压暂降是电能质量的主要问题之一,动态电压恢复器DVR(dynamic voltage restorer)是1种有效的解决方案。由于传统DVR无法适应中压领域应用,首先介绍1种基于级联H桥多电平变流器的高压直挂式DVR;为提高系统的响应速度及补偿精度,提出1种用于DVR交流电压补偿控制的dq轴解耦策略,同时采用基于电压补偿分量注入的载波相移脉宽调制策略,解决级联H桥直流侧电容电压平衡问题,保障了系统的安全性和稳定性;最后通过MATLAB/Simulink对所提出的DVR及控制算法进行建模与仿真,验证了该方法的有效性和可行性。

随着医疗技术的不断进步,植入式医疗设备IMD(implantable medical devices)在临床上的应用越来越多。由于传统的电池供电方式会给患者带来额外的组织损伤和手术成本,采用无线电能传输WPT(wireless power transfer)技术对IMD供电将成为今后的趋势。然而,如何在有限的空间内设计出高效率的IMD-WPT系统具有较大的挑战性。为此,对比了5种适用于IMD的WPT技术的性能特点;然后以磁谐振式WPT技术为例,具体介绍了磁谐振式IMD-WPT系统设计中的关键问题;最后结合部分磁谐振式WPT技术在一些典型IMD中的应用现状,讨论了IMD-WPT技术未来的研究方向。

随着宽禁带器件的发展,SiC MOSFET得到广泛应用,对其短路保护的研究成为保障电力电子设备可靠性的重要课题。针对SiC MOSFET短路耐受时间短、短路故障难保护的问题,提出1种基于平面型差分罗氏线圈的SiC MOSFET短路检测方法。该方法通过测量电路的漏源极电流实现对短路故障的快速识别,具有响应速度快、抗干扰能力强、与主电路完全隔离等优点。首先介绍基于平面型罗氏线圈的SiC MOSFET短路检测方法的工作过程,着重研究平面型罗氏线圈的部分元等效电路PEEC(partial element equivalent circuit)建模方法,得到能反映线圈高频特性的等效模型。同时分析平面型罗氏线圈几何结构对线圈性能的影响,提出兼顾高增益及高带宽的优化设计方案,并针对罗氏线圈在强电磁干扰环境中测量准确度较低的问题,提出使用差分线圈方案提高抗扰性能。最后通过实验验证了所设计平面型差分罗氏线圈的抗干扰性能及基于该线圈的短路保护方法的可靠性。

为降低成本、减少器件并保证电路安全运行,提出1种单相隔离型Δ源AC-AC变换器。新型变换器可以提供更宽范围的Buck-Boost输出电压,输入/输出电压可同相或反相,同时可抑制浪涌和谐波电流,提高电路可靠性。对所提电路的工作原理进行分析,推导得到各工作过程中主要元器件电压及输入/输出电压的关系式,并与其他改进的交流变换器进行对比,从理论上证明了新型交流变换器性能的优越性。根据所设计的参数搭建仿真模型和实验模型进行验证,仿真与实验的结果证实了理论分析的正确性与可行性。

锂离子电池的荷电状态和健康状态的准确估计一直是亟待解决的关键科学问题。依据二阶分数阶等效电路模型,建立其状态空间方程,推导电池参数和荷电状态的分数阶微积分方程的离散化表达式,再研究1种双分数阶扩展卡尔曼滤波方法,对电池的等效电路参数、荷电状态以及电池容量同时进行估计。提出基于估计的荷电状态和电池容量的时间加权序列方法,监测不同放电电流与累积时间,在线计算电池可用容量,从而实现在任意放电深度和任意放电速率下的电池健康状态实时估计,并且在动态应力测试工况下以3块同厂家、同型号、不同老化程度的单体磷酸铁锂电池进行实验验证。

随着海底观测网规模的扩大,其大功率供电系统的稳定性问题受到关注。基于此,建立了海底供电系统关键部件的阻抗模型,针对海底直流供电系统高电力电子渗透率、多母线级联且邻级母线交互耦合的特点,采用逐级分析法探究海底直流供电系统稳定性及其影响因素。分析结果表明：控制器积分参数是Buck变换器失稳的主导参数,控制器比例参数是接驳盒子系统失稳的主导参数,光电复合海缆电阻参数的增大及电感参数的减小均可有效提升系统的稳定性。基于PLECS仿真软件的仿真结果验证了稳定性分析结果的正确性。

为了研究单管正激变换器传导共模EMI特性,降低单管正激变换器的共模噪声,对单管正激变换器的传导共模噪声传输机理进行分析。基于分析建立共模噪声路径模型,提出1种计算方法明确外接电容大小来改善共模噪声; 同时针对传统计算二次侧感应电荷量模型存在的缺陷,提出改进计算模型,通过仿真验证表明理想条件下改进模型准确性较高; 然后使用平衡绕组的方法降低流经变压器的共模噪声,并通过1台单管正激电源样机进行实验验证,结果表明了计算外接电容方法的有效性,及在绕组距离较近且绕组较密情况下,改进计算模型计算的电荷量准确性较高。

针对VIENNA整流器的空间矢量调制SVM(space vector modulation)传统算法存在计算量大、方法复杂、数字化实现困难等问题,提出了一种实现VIENNA整流器SVM的快速算法。此算法无需进行坐标变换,避免了大量的开方运算以及三角函数运算,仅需简单的逻辑判断和加减运算便可快速确定三相驱动信号占空比,便于数字化实现并节省了DSP的时间资源。另外,基于此算法重新设计了中点电位平衡控制策略。最后,通过MATLAB仿真和硬件平台实验,验证了所提快速算法的有效性。

为解决三电平双向直流变换器载波调制时,变换器存在正、反向运行切换不平滑,动态响应慢易使谐振回路产生谐波等问题,提出1种基于中性点移位的三电平双向直流变换器载波调制方法。分析双向直流变 换器工作原理,基于中性点移位原理,优化变换器三相输出电压相位角调整方式,在开关频率不变的基础上计算不同幅度调制比的中性点移位电压,依据故障实际状态整改同相单元相邻载波间的移位,采用载波相移脉宽调制对三电平双向直流变换器进行载波调制。仿真实验结果表明：所提调制方法可有效控制三电平双向直流变换器输出波形,且变换器正常运行时,幅度调制比大于1.0,相电压出现饱和现象,调制信号产生过调现象。

针对单相充电系统输出侧存在的二次功率脉动问题,提出1种低电压纹波单相电驱重构型车载充电机EDROC(electric drive reconstructed onboard charger)系统。该系统通过在传统单相EDROC系统输出侧并联1个Buck/Boost型有源滤波器,用于吸收或补偿二次功率脉动,显著降低了充电系统的输出电压纹波。首先,分析单相EDROC系统的拓扑结构、工作原理和输出侧二次功率脉动产生机理;然后,结合Buck/Boost型有源滤波器,提出1种低电压纹波单相EDROC系统,并对Buck/Boost型有源滤波器拓扑结构、工作原理以及电感和电容选型进行了详细分析;接着,对所提EDROC系统控制策略进行设计;最后,设计了1台200 W实验样机,实验结果验证了所提充电机的可行性。

针对支持向量机SVM(support vector machine)用于光伏阵列故障诊断时准确率不高、且易受核函数与惩罚因子参数影响的问题,提出1种基于海鸥优化算法SOA(seagull optimization algorithm)支持向量机的光伏阵列故障诊断方法。引入海鸥优化算法对SVM模型进行参数寻优,建立基于最优参数的SOA-SVM故障诊断模型;利用MATLAB软件搭建光伏阵列仿真模型,提取不同故障类型下的特征参数并输入到SOA-SVM模型进行故障诊断。实验结果表明：经SOA优化后的SVM模型故障诊断准确率显著提高,且相比于基于人工蜂群ABC(artificial bee colony)算法的ABC-SVM模型和基于粒子群优化PSO(particle swarm optimization)算法的PSO-SVM模型,SOA-SVM模型具有更快的寻优收敛迭代速度和更高的故障诊断准确率。

恒压CV(constant-voltage)输出双边LCC补偿感应电能传输IPT(inductive power transfer)系统存在轻载效率低的问题,为了优化CV输出双边LCC补偿IPT系统轻载效率,基于求解近似最优解思想,提出1种双边LCC补偿拓扑的参数设计方法。分析了CV输出时零相位角ZPA(zero phase angle)条件及松耦合线圈损耗,通过搭建6.6 kW的实验原理样机进行实验验证。实验结果表明,所提补偿参数设计方法可以提高系统效率,尤其是轻载效率,6.6 kW满载效率为95%,1.32 kW轻载效率可达93%。

飞跨电容钳位型三电平变换器具有降低开关管的电压应力、减小滤波电感体积等优势。变换器工作时,飞跨电容电压需要稳定在高压侧电压的一半,常采用调节占空比的控制策略,但该方法存在飞跨电容电压与输出电压控制耦合的问题,在飞跨电容电压调节过程中电感电流波动较大。针对这一问题,分析了移相控制策略实现飞跨电容电压与输出电压控制解耦的优势,并深入分析其控制特性。通过建立飞跨电容电压的谐波模型,分析了飞跨电容电压与移相角的关系。建立飞跨电容电压受开关管占空比D和移相角度∆φ之间的低次谐波函数关系,并结合时域模型划定出移相控制的有效占空比区间,以及使得移相控制性能最优的占空比。建立仿真模型并搭建了1台3.6 kW的实验样机,将移相调节与占空比调节的飞跨电容电压控制策略进行对比,验证了移相控制的解耦优势以及控制特性。

随着“光储直柔”的推进建设,低压直流供电系统中的纹波问题受到了广泛关注。相较于交流系统,直流系统的特点是电源及负载分散性更强、电力电子设备占比更高及接口变换器引起的交直流耦合作用强,因此直流系统中纹波问题表现出低频和高频纹波峰峰值都可能较高的特征,进而不能完全适用交流系统中经典的谐波分析和治理方法。为此,进行低压直流供电系统的主要纹波来源分析,揭示了直流源荷引起直流母线电压纹波问题的机理和特征,并针对具有宽频纹波且纹波来源分散的直流系统提出1种混合有源滤波技术,实现对扰动位置不确定、高低频混合情况下的电压纹波问题治理,提升了低压直流供电系统的电能质量水平。仿真结果证明了所提方案的有效性。

针对在传统的功率模块自动布局优化算法中,方案的电气评估效率低、占用大量计算时间的问题,提出利用格子波尔兹曼方法LBM(lattice Boltzmann method)代替传统评估方法,由于LBM不需要进行多个可逆矩阵的求解,可以更快地进行电气互连合理性判断及电压/电流计算。首先,在基于遗传算法自动布局设计程序的基础上,采用D2Q4格子类型建立二维布局评估方法;然后,通过ANSYS Q3D 软件仿真验证了布局方案评估结果的准确性;最后,在Python 3.10环境中进行对比测试,结果表明LBM平均缩短了75.4%的方案电气评估总时间,且评估方案中回路数量越多,LBM的计算优势越大。

对于直流侧电压比为1:1:2的混合级联H桥逆变器,若采用混合载波层叠调制策略,虽无电流倒灌现象且输出电压谐波性能良好,但会出现低压单元输出功率不均衡的问题。针对该问题,首先进行功率不均衡分析,然后提出1种改进的混合调制策略,对高压单元进行阶梯波调制,对低压单元进行PWM,且2个低压单元对调制波采用不同的处理方式。所提策略在保留输出电压具有良好谐波性能的同时减少三角载波使用数量,简化了控制过程,且具有倍频效果。接着,对所提策略进行优化,对低压单元开关信号进行逻辑运算,可在2个载波周期内解决低压单元功率不均衡的问题。最后,通过仿真和实验证明了所提策略的可行性。

针对目前碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管SiC MOSFET(silicon carbide metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)实际工况中在线寿命预测难度大的问题,提出1种基于粒子群优化-反向传播PSO-BP(particle swarm optimization-back propagation)神经网络的SiC MOSFET模块寿命预测数字化实现方法。首先,利用导通压降平台提取SiC MOSFET的导通压降作为温敏电参数,建立基于实验数据的结温预测方案;其次,利用功率循环加速老化实验平台,提取老化特征数据,建立基于PSO-BP神经网络的寿命预测方案;然后,将结温预测方案与寿命预测方案移植到可编程阵列逻辑中,实现SiC MOSFET寿命预测数字化;最后,设计了验证电路。实验表明,数字化显示的结温与真实结温的误差为4.73 ℃,与真实寿命次数的误差百分比为4.1%,证明所提寿命预测方法得到了数字化实现,并能够准确预测SiC MOSFET模块的寿命次数。