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系统并网技术 ★ 5.0

具有宽脉冲重复频率范围的高动态响应与高效率脉冲功率电源

A Wide Pulse-Repetitive-Frequency Range Pulsed Power Supply With Improved Dynamic Response and Efficiency

作者 Ye Xu · Xinbo Ruan · Lingxuan Xiao
期刊 IEEE Transactions on Power Electronics
出版日期 2024年9月
技术分类 系统并网技术
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 有源相控阵雷达 脉冲电源 有源电容变换器 脉冲重复频率 控制策略
语言:

中文摘要

有源相控阵雷达系统中的发射/接收模块由脉冲电源(PPS)供电。本文采用基于有源电容变换器(ACC)的脉冲电源以适应较宽的脉冲重复频率(PRF)范围,并提出了使输出电容和储能电容最小化的设计方法。由于储能电容的需求与脉冲重复频率成反比,在高脉冲重复频率下有源电容变换器是多余的,因此,提出了一种有源电容变换器智能禁用控制方法,在高脉冲重复频率时关闭有源电容变换器,以提高脉冲电源的效率。为抑制输入电流中的脉冲重复频率纹波,脉冲电源电压环的带宽设计得非常小,这导致动态响应较差。为解决这一问题,提出了动态响应增强控制策略,包括输出电流前馈控制和输出电压限幅控制。最后,制作了一台脉冲功率为2.8 kW、脉冲重复频率范围为50 Hz至2 kHz的脉冲电源样机,并在实验室进行了测试。实验结果验证了宽脉冲重复频率范围脉冲电源控制策略的有效性。

English Abstract

The transmitter/receiver modules in active phased array radar systems is powered by a pulsed power supply (PPS). In this article, an active capacitor converter (ACC) based PPS is adopted for wide pulse repetition frequency (PRF) range, and the design method is presented to minimize the output capacitance and storage capacitance. Since the demand of the storage capacitance is inversely proportional to the PRF, the ACC is redundant at high PRF, and thus, a smart disabling control of the ACC is proposed to shut down the ACC at high PRF to improve the efficiency of the PPS. To suppress the PRF ripple in the input current, the bandwidth of the voltage loop of the PPS is designed to be very slow, which leads to poor dynamic response. To address this issue, the dynamic response enhancement control strategies are proposed, including the output current feedforward control and the output voltage limiting control. Finally, a prototype of the PPS with pulsed power of 2.8 kW and PRF ranging from 50 Hz to 2 kHz is fabricated and tested in the lab. The experimental results are provided to verify the effectiveness of the control strategies of the PPS with wide PRF range.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这篇论文提出的宽脉冲重复频率脉冲电源技术具有重要的借鉴价值。虽然该技术原本面向相控阵雷达应用,但其核心创新点与我司储能系统和光伏逆变器所面临的动态响应挑战高度契合。

论文采用的主动电容变换器(ACC)架构及其智能禁用控制策略,为解决宽频率范围下的效率优化问题提供了新思路。这与我司储能系统在不同功率需求场景下的能量管理需求相似——在轻载或高频切换工况下,部分电路模块的冗余运行会降低系统效率。该技术的自适应控制逻辑可应用于我司储能变流器的多模块并联系统,根据实时功率需求动态启停模块,提升全工况效率。

特别值得关注的是论文提出的动态响应增强策略。传统电压环路为抑制纹波而设计得较慢,导致动态性能不足,这正是光伏逆变器在应对云遮、负载突变等场景时的痛点。论文通过输出电流前馈控制和电压限幅控制实现了快速响应与稳态性能的平衡,这一思路可直接应用于改进我司逆变器的电压支撑能力和电网适应性。

从技术成熟度看,该方案已完成2.8kW原型验证,但距离我司MW级产品应用仍有工程化距离。主要挑战在于大功率场景下的电容体积、成本优化,以及控制算法在复杂电网环境下的鲁棒性验证。然而,其在储能双向变流、光储一体机快速功率调节等应用场景中展现出明确价值,建议我司技术团队深入评估其在下一代产品中的集成可行性,特别是在提升系统动态性能和全工况效率方面的潜力。