一种新颖的变步长光伏系统MPPT控制方法

太阳能光伏阵列的输出功率随外界环境因素的变化而变化,为了能高效地利用太阳能电池,需对光伏阵列进行最大功率点跟踪(简称MPPT);针对定步长电导增量控制法存在的缺点,提出一种新颖的变步长电导增量法;该方法通过瞬时功率相对电流的变化值确定MPPT步长大小,使光伏系统MPPT快速准确且无震荡;经Matlab仿真及实验证明:该方法能快速准确地跟踪外部环境变化,并能保证系统的稳定性。     

独立光伏系统充放电控制器的研究与设计

设计了一种基于STM32微处理器和Buck电路的光伏控制器,并提出了一种改进型变步长扰动观察法来提高光伏系统的最大功率点跟踪(MPPT)性能,同时实现了蓄电池的合理充放电及过放保护;样机实验结果表明:该光伏控制器能在0.01 s的时间内克服扰动,并且MPPT的效率达到了99.94%,该光伏控制器具有快速的动态响应和良好的稳态性能,并能很好地监测蓄电池的状态,减少电池损耗,延长蓄电池寿命。     

电感电流伪连续导电模式下Buck变换器的动力学建模与分析

以电感电流伪连续导电模式(pseudo-continuous conduction mode, PCCM)下Buck变换器为例, 通过对开关变换器的开关模态的完整描述, 建立了PCCM Buck变换器的精确离散时间模型. 基于该模型, 研究了PCCM Buck变换器在负载电阻、电感等效串联电阻、电感、电容、参考电流和输入电压等电路参数变化时的分岔行为, 并揭示了变换器存在的次谐波振荡、倍周期分岔和混沌等复杂动力学行为. 基于分段光滑开关模型的数值仿真, 得到变换器在不同负载电阻下的时域波形图和相轨图, 验证了离散时间模型的正确性. 理论分析和仿真结果表明: PCCM Buck变换器更适合工作在轻载条件, 加大负载会导致变换器工作状态的失稳以及工作模式的转移; 电感的等效串联电阻对变换器稳定性具有一定程度的影响, 且等效串联电阻越大, 变换器越稳定. 研究结果对于设计与控制PCCM Buck变换器具有重要意义.     

基于改善关联性Buck变换器的混沌控制

由于Buck变换器具有非线性特性, 在一定参数条件下, 它会处于混沌状态, 此时Buck变换器不能正常工作. 为了抑制Buck变换器的混沌现象, 本文首先建立了Buck变换器的精确状态方程模型, 然后通过分析可控范围图、开关逻辑图、相图、电感电流波形、输出电压波形, 研究了基于改善Buck变换器的电感电流与输出电压之间关联性的混沌控制策略. 研究结果表明: 该控制策略能够将处于混沌状态的Buck变换器稳定在周期1, 2, 4, 8轨道, 且该控制策略不需要预先确定期望的目标轨道, 不依赖于Buck变换器的电路参数, 只取决于一个外部参数即耦合强度, 所以该控制策略同样适用于其他 拓扑结构的功率变换器. 关键词： 混沌控制 Buck变换器 关联性 耦合强度     

脉冲序列控制电流断续模式Buck变换器的动力学建模与边界碰撞分岔

通过建立一个开关周期内输出电容电荷变化量对应的输出电压变化量, 建立了工作于电感电流断续模式(discontinuous conduction mode, DCM)的脉冲序列(pulse train, PT)控制Buck变换器的近似离散时间模型, 研究了负载电阻及输入电压变化时PT控制DCM Buck变换器的边界碰撞分岔行为. 通过构造相应的迭代映射曲线, 分别分析了不同负载电阻时PT控制DCM Buck变换器的周期1、周期2和周期3运行轨迹的不动点稳定性, 揭示了PT控制DCM Buck变换器在不同周期态时的边界碰撞分岔的形成机理. 研究结果表明, 随参数变化, PT控制DCM Buck变换器始终运行在不同的周期态, 各周期态的切换由边界碰撞分岔引起, 李雅谱诺夫指数始终小于零. 利用PSIM电路仿真软件, 给出了不同负载电阻时的时域波形和相轨图. 实验结果验证了理论分析和仿真结果的正确性, 同时说明了本文动力学建模的可行性.     

基于PI调节占空比的自适应MPPT方法

最大功率点跟踪(MPPT)技术是提高光伏发电效率的重要途径之一。扰动观测法是MPPT控制中最常用的方法,针对其无法兼顾跟踪速度与最大功率点跟踪过程的震荡问题,提出了一种基于PI调节占空比的自适应MPPT方法,该方法针对占空比采用基于PI调节的自适应策略。通过Simulink建模仿真,与其他方法进行对比分析,结果显示了该方法可显著地提高了最大功率点跟踪的速度与精度。     

V2控制Buck变换器等效建模与分岔分析

通过对V²控制Buck变换器电路进行降阶处理, 利用不同工作模式, 推导了两个边界电压, 建立了V²控制Buck变换器的等效一阶同步映射迭代模型, 研究了它的非线性分岔行为. 通过稳定性和工作模式分析, 推导了V²控制Buck变换器从稳定的周期1工作状态到次谐波振 荡状态转移以及从电感电流不连续导电模式 (DCM) 到连续导电模式 (CCM) 转移的条件. 研究结果表明, 当电路参数变化时, V²控制Buck 变换器发生了倍周期分岔和边界碰撞分岔, 不同的参数变化有着不同的分岔路由. 搭建了仿真和实验电路, 仿真和实验结果验证了等效迭代模型的有效性和理论分析的正确性. 关键词： 2控制')" href="#">V²控制 迭代模型 分岔 工作模式     

自适应降噪系统的语音分离研究

对抑制干扰语音的自适应降噪系统(CTRANC)进行了语音分离算法的研究。利用CTRANC抑制干扰信号的特性及语音信号的短时稳定性,借助最优控制相关理论,得到了新的语音分离方法及其自适应滤波迭代步长的计算公式。实验结果表明在双话者的情况下,这种语音分离算法能够保证自适应语音分离系统具有良好的稳定性,较好的实时跟踪能力和收敛性能,且分离出来的语音具有令人满意的清晰度。     

基于无源性的光伏DC/DC变换器的全局滑模控制

在光伏发电系统中,当其受环境影响时,系统输出电压及功率不稳定,主要由DC/DC变换器来实现其过程能量转换,因此研究高效的DC/DC变换器控制方法具有重要意义。引入了一种满足无源性的DC/DC变换器,同时引入一种新的指数趋近律,设计全局滑模控制策略。所设计控制方法不仅确保了系统状态的稳定性,而且提高了系统的鲁棒性,减弱了DC/DC变换器的抖动现象;并以双向Buck变换器为例,通过Matlab仿真验证了所设计控制器的有效性     

脉冲跨周期调制连续导电模式Buck变换器低频波动现象研究

揭示了脉冲跨周期调制(pulse skipped modulation,PSM)电感电流连续导电模式(continuous conduction mode,CCM)Buck变换器中存在的低频波动现象,分析了PSM调制CCM Buck变换器的能量转换过程,阐述了低频波动的产生机理,给出了低频波动的判断条件.建立了PSM调制CCM Buck变换器的同步开关映射模型,基于该模型给出了电感电流与输出电压随输出电容等效串联电阻(equivalent series resistance,ESR)变化的分岔图,分析了ESR对低频波动的影响.为消除PSM调制CCM Buck中存在的低频波动,提出了电容电流脉冲跨周期调制(capacitor current pulse skipped modulation,CC-PSM)方法.研究结果表明:在ESR较小时,CC-PSM调制CCM Buck变换器消除了PSM调制CCM Buck变换器存在的低频波动.仿真与实验结果验证了理论分析的正确性.     

Period-doubling bifurcation in two-stage power factor correction converters using the method of incremental harmonic balance and Floquet theory

In this paper, period-doubling bifurcation in a two-stage power factor correction converter is analyzed by using the method of incremental harmonic balance (IHB) and Floquet theory. A two-stage power factor correction converter typically employs a cascade configuration of a pre-regulator boost power factor correction converter with average current mode control to achieve a near unity power factor and a tightly regulated post-regulator DC-DC Buck converter with voltage feedback control to regulate the output voltage. Based on the assumption that the tightly regulated post-regulator DC-DC Buck converter is represented as a constant power sink and some other assumptions, the simplified model of the two-stage power factor correction converter is derived and its approximate periodic solution is calculated by the method of IHB. And then, the stability of the system is investigated by using Floquet theory and the stable boundaries are presented on the selected parameter spaces. Finally, some experimental results are given to confirm the effectiveness of the theoretical analysis.     

Transfer function modeling and analysis of the open-loop Buck converter using the fractional calculus

Based on the fact that the real inductor and the real capacitor are fractional order in nature and the fractional calculus,the transfer function modeling and analysis of the open-loop Buck converter in a continuous conduction mode(CCM) operation are carried out in this paper.The fractional order small signal model and the corresponding equivalent circuit of the open-loop Buck converter in a CCM operation are presented.The transfer functions from the input voltage to the output voltage,from the input voltage to the inductor current,from the duty cycle to the output voltage,from the duty cycle to the inductor current,and the output impedance of the open-loop Buck converter in CCM operation are derived,and their bode diagrams and step responses are calculated,respectively.It is found that all the derived fractional order transfer functions of the system are influenced by the fractional orders of the inductor and the capacitor.Finally,the realization of the fractional order inductor and the fractional order capacitor is designed,and the corresponding PSIM circuit simulation results of the open-loop Buck converter in CCM operation are given to confirm the correctness of the derivations and the theoretical analysis.     

固定关断时间控制Buck变换器输出电容等效串联电阻的稳定性分析

通过专用电力电子仿真软件进行电路仿真, 定性分析了固定关断时间(fixed off-time, FOT)控制Buck变换器输出电压相位滞后于电感电流相位的原因及其引发脉冲簇发现象的机理, 探讨了如何调整输出电容等效串联电阻(equivalent series resistance, ESR)的大小来消除这些复杂非线性现象, 并定量给出了FOT控制Buck变换器处于稳定工作状态时的ESR临界值.结果表明, 输出电容ESR对FOT控制Buck变换器工作状态的影响较大, 当ESR小于临界值时, 输出电压相位滞后于电感电流相位, 发生脉冲簇发现象;而当ESR大于临界值时, 输出电压与电感电流的变化保持同步, 脉冲簇发现象消失.通过描述函数法建立了参考电压至输出电压的传递函数, 由Routh-Hurwitz判据说明了ESR临界值是FOT控制Buck变换器的失稳条件.     

电压控制正极性输出罗变换器的改进平均模型建模及稳定性分析

基于平均建模法并考虑到正极性输出罗(positive output super-lift Luo, POSL Luo)变换器中能量传输电容电压存在突变的事实, 建立了POSL Luo变换器的改进平均模型, 推导并分析了POSL Luo变换器输出电压对占空比的传递函数. 建立了电压控制POSL Luo变换器的输出电压对基准电压的传递函数, 分析了系统的稳定性. 采用PSIM软件进行电路仿真以及设计硬件电路进行电路实验, 以PSIM仿真结果和电路实验结果验证了模型的有效性和理论分析的正确性. 研究结果表明: 相比于POSL Luo变换器已有的平均模型, 采用本文的改进平均模型可有效的分析POSL Luo变换器的特性及电压控制POSL Luo变换器的稳定性.     

Buck变换器的输出短路火花放电能量及输出本质安全判据

为得出Buck变换器的输出本质安全判据, 基于安全火花试验装置, 对其输出短路火花放电特性进行了试验研究, 发现其放电过程可分为介质击穿、火花产生、火花维持和火花熄灭四个阶段.基于得出的火花放电特性, 对其输出短路火花放电能量进行了深入分析, 指出对于给定电感的Buck变换器, 当负载电阻 R_L小于给定电感对应的临界电阻R_LC时, 火花放电能量是关于R_L的凹函数; 而在R_L > R_LC时, 是关于R_L的凸函数.考虑到实际的参数取值范围, 进一步指出: R_L < R_LC时的火花放电能量随R_L的增加而增大, 且在R_L=R_LC时达到最大值; 而在R_L > R_LC时, 则随着R_L的增加, 先增大后减小, 在增加到特征电阻R_{L, DCM}时达到最大值. 得出了变换器在全动态范围内的最危险工况: 变换器在输入电压最高及负载电阻等于R_{L, DCM} 时工作于DCM, 此时, 短路火花放电能量达到最大值.基于能量等效, 提出了可模拟变换器输出短路放电特性的等效简单电容电路及输出本质安全判据, 仿真和试验结果验证了理论分析及所提出判据的正确性和可行性. 关键词： Buck变换器 本质安全 短路火花放电能量 输出本质安全判据     

基于AC-Link串联谐振的Buck-Boost变换器控制算法

介绍了一种基于AC-Link串联谐振的Buck-Boost变换器拓扑结构,用状态平面分析法对串联谐振电路在Buck模式和Boost模式下工作过程进行分析。该方法相比于传统的基波等效分析法具有直接、精确和求解简单的特点。给出了详细的推导过程,提出了一种控制算法。建立了Matlab/Simulink仿真模型,仿真结果表明,该控制算法能够实现Buck和Boost的功能,能够得到稳定的输出电压,输入电流谐波含量低的特点,可以实现变换器在较宽的范围内调节输出电压。     

5MW中性束弧电源DC/DC变换器的设计与实现

中性束离子源弧放电具有气体放电等离子体的非线性特性,工作时还会受到气体压强、外磁场、阴极状态等因素的影响,采用晶闸管相控调压技术的弧电源很难实现对这种大功率电弧的稳定的闭环控制。为此,提出了一种多相多重的大电流DC/DC变换器,具有响应速度快、电流上升时间短、电流纹波小等特点,大幅提高了离子源弧放电闭环控制的稳定性。设计了滤波电感能量回馈电路,弧电源可以根据中性束系统的需要使弧电流快速减小0%~100%(可调),然后根据控制信号迅速恢复正常弧电流输出,形成一个弧电流凹坑。电源还采用超级电容储能技术,使电源体积减小了2/3,电网容量小于10kV·A。离子源放电时不会受到电网波动的影响,弧放电更加稳定。实验数据显示:该电源最大输出为220kW/1500A,电流纹波在1%以内,电流上升时间约100μs,最大超调量小于3%,可以满足5 MW中性束离子源及系统的要求。