In this paper, the zero voltage switching (ZVS) region of a dual active bridge (DAB) converter with wide band-gap (WBG) power semiconductor device is analyzed. The ZVS region of a DAB converter varies depending on out...In this paper, the zero voltage switching (ZVS) region of a dual active bridge (DAB) converter with wide band-gap (WBG) power semiconductor device is analyzed. The ZVS region of a DAB converter varies depending on output power and voltage ratio. The DAB converters operate with hard switching at light loads, it is difficult to achieve high efficiency. Fortunately, WBG power semiconductor devices have excellent hard switching characteristics and can increase efficiency compared to silicon (Si) devices. In particular, WBG devices can achieve ZVS at low load currents due to their low parasitic output capacitance (C<sub>o,tr</sub>) characteristics. Therefore, in this paper, the ZVS operating resion is analyzed based on the characteristics of Si, silicon carbide (SiC) and gallium nitride (GaN). Power semiconductor devices. WBG devices with low C<sub>o,tr</sub> operate at ZVS at lower load currents compared to Si devices. To verify this, experiments are conducted and the results are analyzed using a 3 kW DAB converter. For Si devices, ZVS is achieved above 1.4 kW. For WBG devices, ZVS is achieved at 700 W. Due to the ZVS conditions depending on the switching device, the DAB converter using Si devices achieves a power conversion efficiency of 91% at 1.1 kW output. On the other hand, in the case of WBG devices, power conversion efficiency of more than 98% is achieved under 11 kW conditions. In conclusion, it is confirmed that the WBG device operates in ZVS at a lower load compared to the Si device, which is advantageous in increasing light load efficiency.展开更多
为解决脉冲负载投切对舰船中压直流(medium voltage direct current,MVDC)电力系统的冲击,引入基于双有源桥(dual active bridge,DAB)变换器的锂电池-超级电容混合储能系统。鉴于传统功率分配策略无法实现对超级电容端电压的主动限制的...为解决脉冲负载投切对舰船中压直流(medium voltage direct current,MVDC)电力系统的冲击,引入基于双有源桥(dual active bridge,DAB)变换器的锂电池-超级电容混合储能系统。鉴于传统功率分配策略无法实现对超级电容端电压的主动限制的缺点,引入混合储能系统功率比的概念,建立锂电池功率传输与超级电容功率传输之间的联系;结合DAB变换器电压变比匹配度,提出一种新型动态补偿功率分配策略;采用直接功率控制在MATLAB/Simulink中进行仿真。结果表明,这种策略能有效平复脉冲负载投切对直流母线的冲击,实现闭环功率分配,对超级电容端电压进行主动限制,从而新型动态补偿功率分配策略的有效性得到验证。展开更多
双主动全桥(dual active bridge,DAB)直流变压器能够通过直流线路互联多个电压等级的交流配电网形成交直流混合配电网,该系统的故障类型多样,故障特性复杂,该文对其故障特性进行详细研究。分析该系统发生交流网侧单相接地故障、交流阀...双主动全桥(dual active bridge,DAB)直流变压器能够通过直流线路互联多个电压等级的交流配电网形成交直流混合配电网,该系统的故障类型多样,故障特性复杂,该文对其故障特性进行详细研究。分析该系统发生交流网侧单相接地故障、交流阀侧单相接地故障以及直流母线单极接地故障后的故障特性,研究换流站直流侧电容中点采用直接接地和高阻接地两种接地方式的系统中,DAB对系统故障特性的影响。探究发生上述故障后,系统交流侧和直流侧的相互影响,并进行详细对比分析,提出含DAB系统的故障分析方法。最后,通过Matlab仿真平台对上述分析进行仿真验证,指出DAB对直流侧电容中点直接接地系统故障特性的影响更突出,且DAB能够隔离交直流侧故障的相互影响,为交直流混合配电网接地方式的选择、保护系统的设计等提供理论依据。展开更多
双有源全桥(dual active bridge,DAB)直流变换器有多种调制方式,采用三重移相(triplephaseshift,TPS)调制方式时,有3个控制量,更加灵活。该文分析TPS调制方式下DAB变换器的开关模式及工作波形,推导出在不同工作模式下实现各器件软开关Al...双有源全桥(dual active bridge,DAB)直流变换器有多种调制方式,采用三重移相(triplephaseshift,TPS)调制方式时,有3个控制量,更加灵活。该文分析TPS调制方式下DAB变换器的开关模式及工作波形,推导出在不同工作模式下实现各器件软开关All-ZVS(zero voltage switching)的控制变量约束条件,得到实现All-ZVS的可行域。在此基础上与已有的电感电流有效值最优化控制算法结合,提出一种电流有效值准最优化的All-ZVS控制策略。该策略在全功率范围和双向功率传输下改善了器件的工作条件,在减小导通损耗的前提下进一步消除了开关损耗,大大提高了效率,在低功率段的效率提升尤为明显,有利于进一步提升变换器的开关频率和功率密度。最后搭建实验平台进行验证,实验结果验证了理论分析的有效性。展开更多
该文以混合型二极管箝位型三电平双有源桥(neutral point clamped hybrid three-level dual active bridge,HN3L-DAB)变换器为研究对象。相比于两电平DAB变换器,HN3L-DAB的三电平结构引入中间电平,增加了控制自由度,从而更灵活地控制电...该文以混合型二极管箝位型三电平双有源桥(neutral point clamped hybrid three-level dual active bridge,HN3L-DAB)变换器为研究对象。相比于两电平DAB变换器,HN3L-DAB的三电平结构引入中间电平,增加了控制自由度,从而更灵活地控制电感电流。文中首先分析NH3L-DAB的工作原理,推导出各器件动作时的电感电流值以及各工作模式的功率传输函数。在此基础上,针对一类输入高电压、输出大电流场合的应用需求,结合NH3L-DAB变换器的软开关特性,提出了高效率多目标优化调制策略,旨在同时减小导通损耗和开关损耗,兼顾实现高电压侧零电压开通、大电流侧零电流关断、降低电感电流有效值。最后搭建实验平台进行实验,在不同工况下验证三电平DAB变换器拓扑方案的可行性和多目标优化调制策略的有效性。展开更多
三电平双有源全桥(three level dual active bridge,3L-DAB)直流变换器在双有源全桥(dual active bridge,DAB)拓扑中引入三电平桥臂,额外增加了1个控制自由度,增强了变换器调节的灵活性,采用传统移相控制时3L-DAB会产生较大的回流功率,...三电平双有源全桥(three level dual active bridge,3L-DAB)直流变换器在双有源全桥(dual active bridge,DAB)拓扑中引入三电平桥臂,额外增加了1个控制自由度,增强了变换器调节的灵活性,采用传统移相控制时3L-DAB会产生较大的回流功率,导致系统损耗增加,效率降低。针对这个问题,提出了一种回流功率最小的通用移相控制策略。首先采用高频谐波分析方法,建立了通用移相控制下3L-DAB的数学模型,并详细分析了传输功率和回流功率的各奇次谐波随多控制自由度的变化关系;在此基础上,提出了一种基于基波优化的通用移相控制策略来减小变换器的回流功率。最后,通过比较所提优化控制和其他控制方式下的实验结果,验证了分析的正确性和所提控制策略的有效性。展开更多
文摘In this paper, the zero voltage switching (ZVS) region of a dual active bridge (DAB) converter with wide band-gap (WBG) power semiconductor device is analyzed. The ZVS region of a DAB converter varies depending on output power and voltage ratio. The DAB converters operate with hard switching at light loads, it is difficult to achieve high efficiency. Fortunately, WBG power semiconductor devices have excellent hard switching characteristics and can increase efficiency compared to silicon (Si) devices. In particular, WBG devices can achieve ZVS at low load currents due to their low parasitic output capacitance (C<sub>o,tr</sub>) characteristics. Therefore, in this paper, the ZVS operating resion is analyzed based on the characteristics of Si, silicon carbide (SiC) and gallium nitride (GaN). Power semiconductor devices. WBG devices with low C<sub>o,tr</sub> operate at ZVS at lower load currents compared to Si devices. To verify this, experiments are conducted and the results are analyzed using a 3 kW DAB converter. For Si devices, ZVS is achieved above 1.4 kW. For WBG devices, ZVS is achieved at 700 W. Due to the ZVS conditions depending on the switching device, the DAB converter using Si devices achieves a power conversion efficiency of 91% at 1.1 kW output. On the other hand, in the case of WBG devices, power conversion efficiency of more than 98% is achieved under 11 kW conditions. In conclusion, it is confirmed that the WBG device operates in ZVS at a lower load compared to the Si device, which is advantageous in increasing light load efficiency.
文摘为解决脉冲负载投切对舰船中压直流(medium voltage direct current,MVDC)电力系统的冲击,引入基于双有源桥(dual active bridge,DAB)变换器的锂电池-超级电容混合储能系统。鉴于传统功率分配策略无法实现对超级电容端电压的主动限制的缺点,引入混合储能系统功率比的概念,建立锂电池功率传输与超级电容功率传输之间的联系;结合DAB变换器电压变比匹配度,提出一种新型动态补偿功率分配策略;采用直接功率控制在MATLAB/Simulink中进行仿真。结果表明,这种策略能有效平复脉冲负载投切对直流母线的冲击,实现闭环功率分配,对超级电容端电压进行主动限制,从而新型动态补偿功率分配策略的有效性得到验证。
文摘双主动全桥(dual active bridge,DAB)直流变压器能够通过直流线路互联多个电压等级的交流配电网形成交直流混合配电网,该系统的故障类型多样,故障特性复杂,该文对其故障特性进行详细研究。分析该系统发生交流网侧单相接地故障、交流阀侧单相接地故障以及直流母线单极接地故障后的故障特性,研究换流站直流侧电容中点采用直接接地和高阻接地两种接地方式的系统中,DAB对系统故障特性的影响。探究发生上述故障后,系统交流侧和直流侧的相互影响,并进行详细对比分析,提出含DAB系统的故障分析方法。最后,通过Matlab仿真平台对上述分析进行仿真验证,指出DAB对直流侧电容中点直接接地系统故障特性的影响更突出,且DAB能够隔离交直流侧故障的相互影响,为交直流混合配电网接地方式的选择、保护系统的设计等提供理论依据。
文摘双有源全桥(dual active bridge,DAB)直流变换器有多种调制方式,采用三重移相(triplephaseshift,TPS)调制方式时,有3个控制量,更加灵活。该文分析TPS调制方式下DAB变换器的开关模式及工作波形,推导出在不同工作模式下实现各器件软开关All-ZVS(zero voltage switching)的控制变量约束条件,得到实现All-ZVS的可行域。在此基础上与已有的电感电流有效值最优化控制算法结合,提出一种电流有效值准最优化的All-ZVS控制策略。该策略在全功率范围和双向功率传输下改善了器件的工作条件,在减小导通损耗的前提下进一步消除了开关损耗,大大提高了效率,在低功率段的效率提升尤为明显,有利于进一步提升变换器的开关频率和功率密度。最后搭建实验平台进行验证,实验结果验证了理论分析的有效性。
文摘该文以混合型二极管箝位型三电平双有源桥(neutral point clamped hybrid three-level dual active bridge,HN3L-DAB)变换器为研究对象。相比于两电平DAB变换器,HN3L-DAB的三电平结构引入中间电平,增加了控制自由度,从而更灵活地控制电感电流。文中首先分析NH3L-DAB的工作原理,推导出各器件动作时的电感电流值以及各工作模式的功率传输函数。在此基础上,针对一类输入高电压、输出大电流场合的应用需求,结合NH3L-DAB变换器的软开关特性,提出了高效率多目标优化调制策略,旨在同时减小导通损耗和开关损耗,兼顾实现高电压侧零电压开通、大电流侧零电流关断、降低电感电流有效值。最后搭建实验平台进行实验,在不同工况下验证三电平DAB变换器拓扑方案的可行性和多目标优化调制策略的有效性。
文摘三电平双有源全桥(three level dual active bridge,3L-DAB)直流变换器在双有源全桥(dual active bridge,DAB)拓扑中引入三电平桥臂,额外增加了1个控制自由度,增强了变换器调节的灵活性,采用传统移相控制时3L-DAB会产生较大的回流功率,导致系统损耗增加,效率降低。针对这个问题,提出了一种回流功率最小的通用移相控制策略。首先采用高频谐波分析方法,建立了通用移相控制下3L-DAB的数学模型,并详细分析了传输功率和回流功率的各奇次谐波随多控制自由度的变化关系;在此基础上,提出了一种基于基波优化的通用移相控制策略来减小变换器的回流功率。最后,通过比较所提优化控制和其他控制方式下的实验结果,验证了分析的正确性和所提控制策略的有效性。
