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。

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。

在消费类和商用产品中,反激式变换器必须遵守相关传导和辐射电磁干扰EMI(electromagnetic in- terference)的严格标准。随着高速宽禁带WBG(high-speed wide bandgap)半导体器件在现代电力电子中的普遍应用,系统布局越来越紧凑,EMI的管理变得日益复杂。本文综述了针对传导EMI的成熟建模技术与抑制策略,重点分析了差模DM(differential mode)和共模CM(common mode)噪声,以及反激式变换器中的辐射EMI。讨论内容涵盖了器件级设计和变换器系统优化2个层面的解决方案。

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。

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。

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。

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。

开关电源SMPS(switch mode power supply)中的DC-DC变换器是影响装置体积质量和工作效率的核心。LLC谐振变换器作为经典的DC-DC拓扑结构,其运用软开关技术和磁集成技术,具有高效率、高功率密度及抑制谐波等特点。从变压器绕组结构方案和控制拓扑优化方案出发,综述了应用于开关电源中的LLC谐振变换器的优化方法研究现状,并针对同步整流和APR(all-primary-referred)磁集成模型下平面变压器对电路的影响提出自身见解,最后依据第三代宽禁带材料及电磁兼容性进行优化方法的展望。

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。

针对LLC谐振变换器在动态需求较高、负载变化频繁的应用场合,难以兼顾动态性能和抗扰动能力的问题,提出1种电荷自抗扰控制策略。该方法是通过采集谐振电容电压对谐振变换器的内环进行电荷控制,并在外环引入自抗扰控制来构成双闭环控制的复合控制策略。通过推导LLC谐振变换器谐振电容电压与谐振电流的关系,利用电荷控制方法设计变换器电压内环的控制器参数,并基于线性化自抗扰控制对电压外环控制器进行设计,进一步提高系统整体的抗干扰能力。设计并搭建了1台额定功率300 W的实验样机,通过与传统PID-PI控制进行对比实验,验证了改进控制策略的可行性与有效性。

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。

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。

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。

系统动态过程中,当网侧电流变化时变换器电流控制将通过调节输出的电压来实现电流与指令的平衡,表现为电流激励下的电压响应。由于变换器交流电压通过控制幅值和频率产生且系统运行需要维持电压的幅值和频率水平,因此当发生功率不平衡时,电流控制应被描述为有功/无功电流激励下的内电势幅值和频率响应。与此同时,从变换器对所并入电网影响的角度看,端电压幅值和频率激励下的有功/无功电流响应也是认识并网变换器特性的另一视角。因此对于变换器电流控制,提出了服务于大系统动态分析的有功/无功电流-内电势特性以及从单机视角认识设备对电网影响的端电压-有功/无功电流特性。在此基础上,通过说明电流控制中电流和端电压间的冗余关系,解释了2种特性在本质上是等效的。最后,通过仿真验证了2种特性间的等效性,并初步探究了锁相控制参数对电流控制特性的影响。

LLC谐振变换器集成式高频变压器的气隙通常放置在磁心的中心,且采用单气隙结构。采用有限元分析法,基于Ansys分别建立了不同气隙位置的三维非线性变压器模型,研究了气隙位置对损耗的影响。通过仿真模拟,得到不同气隙位置的损耗曲线,证明了气隙位置放置于二次绕组侧更有利于降低变压器损耗和提升变换器效率,为集成式高频变压器的优化设计提供了参考。在此基础上,提出了1种二次侧三气隙磁路结构的集成式高频变压器结构,可进一步降低变压器损耗。最后,在1台160 W的LLC调光型LED驱动器实验样机中进行了实验验证,证实了所提方法的正确性与可行性。

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。

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%。

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。

以双有源桥DAB(dual active bridge)变换器为研究对象,为了同时减小回流功率,提高变换器动态性能,提出1种基于扩展移相EPS(extended phase shift)的多目标优化控制方法。首先,全面分析推导扩展移相各模态下的输出功率和回流功率特性,建立数学模型,并根据KKT(Karush-Kuhn-Tucker)条件求解回流功率最优的移相角组合;然后,通过虚拟电压补偿方法快速改变当前的传输功率,进而提高系统的动态特性;最后,通过实验将所提方案与传统单移相方案、传统扩展移相方案进行对比分析,验证了所提方案的有效性及优越性。

电路结构简单且易于控制的典型隔离型双有源桥DAB(dual-active-bridge)变换器,在需要能量双向流动的场合被广泛应用。因此,研究如何提高变换器的工作效率尤为重要。首先,对比分析国内外学者提出的效率优化策略,发现基于移相控制的优化方法中两侧桥内移相角和桥间移相角具有很强的相关性,造成变换器工作特性分析困难。然后,基于扩展移相EPS(extended-phase-shift)控制对变换器的整流平均电流进行优化,定义新的移相角,分析新移相角下变换器的传输功率和平均电流。最后,搭建Simulink仿真和实验平台进行验证。

逆变器作为新能源发电系统与电网之间的接口,发挥着至关重要的作用。然而,弱电网环境下电网阻抗的变化、并联逆变器之间的相互作用及控制系统中存在的延时等均可能威胁系统的稳定运行。对此,基于无源性理论,在传统比例电压前馈的基础上,提出1种新的虚拟阻抗重塑策略,能够消除奈奎斯特频率以下的非无源区域,将逆变器输出阻抗相位保持在[-90°, 90°]之内。算例研究表明,该方案可使逆变器并联系统在电网阻抗、逆变器数量及参数等变化下,保持良好的稳定性能。

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。

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。

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。

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。

针对传统LLC谐振变换器电压增益范围窄,不能很好地适应宽电压增益的要求,提出1种基于多谐振结构的宽输入电压范围DC-DC变换器,其同时实现了对欠谐振和过谐振频段范围的宽电压增益。介绍所提出谐振变换器拓扑结构及其工作原理,建立其基波等效数学模型,并详细分析了电压增益特性和输入阻抗特性。在此基础上,分析各谐振参数对电压增益、输入阻抗和工作效率的影响,并给出500 W变换器参数设计流程。最后,搭建了额定功率为500 W的实验平台,实验结果表明,所提变换器不仅同时在欠谐振和过谐振频段范围具有较宽电压增益,而且可以传递基波和三次谐波功率,提高了变换器的工作效率,同时该变换器具有良好的软启动与短路限流能力。

随着光伏、风电等可再生能源的大规模开发和利用,基于下垂控制的逆变器也被广泛应用于分布式发电系统和微电网中。序阻抗建模是评估多逆变器并联系统稳定性及优化控制参数的重要手段之一,然而目前对下垂控制逆变器序阻抗建模的相关研究较少,故对其进行详细研究。首先确定下垂控制逆变器的稳态工作点,通过加入正负序小信号扰动,分析逆变器响应;其次,通过逆变器响应提取序阻抗模型描述逆变器阻抗特性;之后,通过PSCAD仿真验证序阻抗模型的准确性;最后,分析下垂系数、功率计算环节低通滤波器截止频率等关键参数对逆变器输出阻抗的影响,并通过实验进行验证。实验证明,所提序阻抗模型在下垂控制策略分析中具有较好的效果,为下垂控制策略的进一步优化与实际应用提供了重要参考。

汽车充电桩应用电路中通常会使用双向DC-DC变换器,该双向变换器存在因负载扰动而导致系统动态响应慢、输出电压稳定性差等问题。因此,以电容-电感-电感-电容CLLC(capacitor-inductor-inductor-capacitor)谐振DC-DC变换器为研究对象,提出1种基于滑模自抗扰的CLLC谐振变换器控制方法。采用基于模型辅助的线性状态观测器提高扰动的估计精度,控制系统稳定运行。采用滑模控制设计线性状态误差反馈控制律,提升系统的动态性能和快速性。仿真及实验验证表明,所提控制策略能有效改善双向DC-DC变换器的动态响应能力,增强输出电压稳定性。

峰值电流控制Boost DC-DC变换器的电流内环需检测IGBT集电极电流,现有电流检测方法需在IGBT主电路中串入元器件,使电路体积和成本增加,主电路效率降低。基于具有集电极电流检测功能的IGBT智能驱动技术,提出1种无电流传感器的峰值电流控制Boost DC-DC变换器。首先,进行智能驱动设计,在米勒平台期间集电极电流和栅极电流关系的基础上,提出三点法用于确定IGBT器件米勒平台期间集电极电流和栅极电流的关系,通过检测栅极电流来检测集电极电流;其次,建立考虑采样保持、量化误差及延时影响的前缘调制Boost DC-DC变换器小信号模型,对变换器进行稳定性分析;最后,搭建1台基于驱动侧电流检测的无传感器Boost DC-DC实物样机,验证电流检测和稳定控制效果。

变流器的开关速度和开关频率越来越高,对直流侧去耦电容也提出了更高的要求。针对开关管关断过程中电压、电流振荡带来的过电压尖峰和去耦电容损耗问题,首先建立考虑系统杂散参数的瞬态电路模型,分析开关管关断过程中过电压和去耦电容电流振荡的演变过程;然后提出考虑主电路寄生参数和去耦电容等效串联电阻的损耗模型,量化分析实际工程中去耦电容选型所受的限制因素,得出去耦电容容值、损耗限制条件的优化选型方法;最后通过仿真和实验验证了所提模型和分析方法的正确性。

以光伏发电为代表的新能源发电已经成为实现“碳中和”这一目标的重要手段。光伏发电系统通常需要多个光伏组件串联从而获得高电压输出,而在串联光伏组件中由于局部阴影或组件不同程度老化等因素造成的组件特性不匹配会导致系统发电量的严重损失。因此,诸多技术方案被提出以尝试解决这一问题。其中,光伏均衡器成为1种很有前景的解决方案,其采用电力电子变换器将不匹配功率进行转移从而改变组件工作点获得最大功率输出。首先介绍光伏均衡器的基本概念及工作原理。然后详细介绍组件-母线(PV-bus)结构、组件-组件(PV-PV)结构及其他特殊类型结构的光伏均衡器拓扑,并对现有的光伏均衡器拓扑电路进行细致的参数及性能对比分析。最后,对不同类型的光伏均衡器拓扑结构进行总结与评价,为该方向的研究人员提供参考。

为实现双有源桥DAB(dual active bridge)变换器电流应力全功率范围最小化,研究了三重移相TPS (triple phase shift)控制下电流应力全局优化策略。首先分析三重移相控制下变换器的工作原理及工作过程,并建立传输功率和电流应力与移相比的关系模型;然后基于所建立的关系模型,以电流应力全局最小化为目标,通过寻求最优移相比组合对TPS控制进行优化,并从电流应力及回流功率2个方面将优化结果与双重移相DPS(dual phase shift)控制做了对比;最后通过实验进行验证,理论和实验结果证明电流应力全局优化的TPS控制在全功率范围内进一步减小电流应力的同时减小了回流功率。

针对涡流损耗问题,提出海水中无线电能传输系统参数的设计优化方法,能使系统电能传输效率最优。首先,在海水中通电线圈电磁场分析的基础上,利用涡流损耗等效阻抗,得到海洋环境无线电能传输系统的等效互感模型。其次,在初、次级侧线圈位置固定时,建立涡流损耗等效阻抗与系统工作频率及线圈匝数的关系表达式,并利用传输系统两侧线圈验证了涡流损耗等效阻抗计算方法的可行性。最后,以海水中LCC/S型无线电能传输系统的能量模型为基础,采用粒子群优化算法进行最大传输效率寻优。利用优化参数,搭建实验测试系统,结果显示,在模拟海洋环境中,当传输功率为1 kW时实验系统整体效率可达84%。

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。