一种电流最优调制下三相双有源桥式直流变换器的控制方法技术

技术编号:13749019 阅读:115 留言:0更新日期:2016-09-24 08:43
一种电流最优调制下三相双有源桥式直流变换器的控制方法,包括:每个开关周期分别采集一次直流侧输出电压V2,直流侧输出电流I2以及直流侧输入电压V1;将采集到的V2和I2相乘得到传输功率Po,同时将V2与变压器变比N相乘后再与V1相除,得到电压传输比d;将Po和d经过最优调制策略环节分别得到占空比D1和D2的参考值和再分别经过两个大惯性环节或纯积分环节,得到占空比D1和D2;将占空比D1和D2经过一个最优限幅值计算环节,得到移相比Df的最优限幅值Df_lim;将直流侧输出参考值V2ref与V2做差比较,其差值依次经过PI调节器和限幅值为Df_lim的限幅环节,得到移相比Df;根据占空比D1、D2和移相比Df得到每个开关器件的驱动信号,驱动相应开关器件。

【技术实现步骤摘要】

:本专利技术属于三相双有源桥式直流变换器
,具体涉及一种电流最优调制下三相双有源桥式直流变换器的控制方法
技术介绍
:现有的三相双有源桥式直流变换器由一个三相高频变压器连接两个三相桥式电路构成,其拓扑结构如图1所示。它是一种隔离型双向直流变换器。它具有高功率密度、较低的开关应力和易于实现软开关等优点。另外,与单相的变换器相比,这种变换器采用三相交错的结构,提高了功率等级的同时也减小了电流纹波。它适用于中、大功率场合,适合应用于混合动力汽车、电力电子变压器以及智能电网能量存储系统等。在调制策略和控制方法方面,目前应用最多也最简单的是传统的移相调制策略。这种调制策略只有一个控制量,即两个三相桥中相应开关器件的驱动信号之间的移相角通过改变移相角的大小和正负,就可以控制传输功率的大小和方向。这种调制策略实现简单,相应的控制方法只需要电压电流双闭环即可以实现,但这种方法能够实现软开关的功率范围较小。在输出电压变化较大或轻载的情况下,三相双有源桥式直流变换器会由于开关器件不能够实现软开关而降低效率。双PWM调制方式是另外一种调制策略。这种调制策略有两个控制量,除了移相角之外,还有两个三相桥都具有的相同占空比D,这种调制方法虽然可以实现所有开关器件在全功率范围的软开关,但是在轻载情况下具有较高的电
感电流有效值,增大了导通损耗和变压器铜损,从而降低变换器的效率。此外,还有一种综合调制策略,这种调制策略结合了传统的移相调制策略以及三角形和四边形两种电流调制模式,在不同运行条件下使用效率最大的一种模式。然而在实现两种电流调制模式时,需要将每个三相桥的其中两个相臂同步运行,等效成一个单相结构。这样会带来开关器件应力不平衡的问题,同时由于不具备三相交错的结构,变压器和滤波元件的体积将会增大。
技术实现思路
:为了克服上述现有技术存在的缺陷,本专利技术的目的在于提供一种电流最优调制下三相双有源桥式直流变换器的控制方法,该控制方法能够通过闭环的方式,在全功率范围内使得变换器中电感电流有效值保持最小,从而使得开关器件的导通损耗和变压器的铜损降低,进而使得变换器的效率得到提升。为达到上述目的,本专利技术是通过以下技术方案来实现的:一种电流最优调制下三相双有源桥式直流变换器的控制方法,包括以下步骤:1)采样调理电路在每个开关周期分别采集一次直流侧输出电压V2,直流侧输出电流I2以及直流侧输入电压V1,经过滤波和调理环节送入控制器中;2)控制器将采集到的直流侧输出电压V2和直流侧输出电流I2相乘得到传输功率Po,将直流侧输出电压V2与变压器变比N相乘后再与直流侧输入电压V1相除,得到电压传输比d;3)将步骤2)中得到的传输功率Po和电压传输比d经过最优调制策略环节分别得到V1侧和V2侧两个三相桥式电路的占空比D1和D2的参考值和,其中,占空比指三相桥式电路中每个相臂上桥臂开关器件的驱动信号为高电平
的时间占一个开关周期的比值;4)将步骤3)中得到的两个三相桥式电路的占空比参考值和分别经过大惯性环节或纯积分环节,分别得到占空比D1和D2;5)将步骤4)中得到的占空比D1和D2经过一个最优限幅值计算环节,得到移相比Df的最优限幅值Df_lim,其中,移相比是指两个三相桥式电路相应相臂上驱动信号的基频分量之间的移相时间占半个开关周期的比值;6)将直流侧输出参考值V2ref与步骤1)中采集到的直流侧输出电压V2做差比较,其差值依次经过PI调节器和限幅值为Df_lim的限幅环节,得到移相比Df;7)将步骤4)得到的两个占空比D1、D2和步骤6)得到的移相比Df经过开关器件驱动信号发生器,输出每个开关器件的驱动信号,驱动相应开关器件。本专利技术进一步的改进在于,步骤3)中,所述的最优调制策略环节是两个以传输功率Po为行、以电压传输比d为列的二维表,分别记录着占空比D1和D2在电流最优调制下不同Po和d时的最优值,并在运行时采用双线性差值的方法分别查找两个二维表,占空比参考值和所述的两个二维表的大小相同,且根据三相双有源桥式直流变换器传输功率Po与电压传输比d的范围,以及设定的数据间隔确定;其中,当d的范围设定在dmin到dmax之间时,Po的范围相应为0到之间,V1ref为直流侧输入电压额定参考值,fs为开关频率,Ls为三相变压器漏感值。本专利技术进一步的改进在于,两个二维表中所记录的每个占空比D1和D2的最优值是根据以下所述方法得到的:以三相双有源桥式直流变换器多频近似的电感电流有效值ILrms表达式为目标函数,以传输功率Po的表达式为等式条件,以占空比D1、D2和移相比Df的
取值范围为不等式条件建立起有约束的非线性规划模型,通过障碍函数法和BFGS迭代算法对规划模型进行求解,得到二维表中每种传输功率Po和电压传输比d所对应的两个占空比的数值。本专利技术进一步的改进在于,电感电流有效值ILrms和传输功率Po的多频近似表达式如下: I L r m s = V 2 πf s L s Σ k = 1 + ∞ 32 s i n ( k π 3 ) 4 [ ( s i n ( kπD 1 ) - d 本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种电流最优调制下三相双有源桥式直流变换器的控制方法,其特征在于,包括以下步骤:1)采样调理电路在每个开关周期分别采集一次直流侧输出电压V2,直流侧输出电流I2以及直流侧输入电压V1,经过滤波和调理环节送入控制器中;2)控制器将采集到的直流侧输出电压V2和直流侧输出电流I2相乘得到传输功率Po,将直流侧输出电压V2与变压器变比N相乘后再与直流侧输入电压V1相除,得到电压传输比d;3)将步骤2)中得到的传输功率Po和电压传输比d经过最优调制策略环节分别得到V1侧和V2侧两个三相桥式电路的占空比D1和D2的参考值和其中,占空比指三相桥式电路中每个相臂上桥臂开关器件的驱动信号为高电平的时间占一个开关周期的比值;4)将步骤3)中得到的两个三相桥式电路的占空比参考值和分别经过大惯性环节或纯积分环节,分别得到占空比D1和D2;5)将步骤4)中得到的占空比D1和D2经过一个最优限幅值计算环节,得到移相比Df的最优限幅值Df_lim,其中,移相比是指两个三相桥式电路相应相臂上驱动信号的基频分量之间的移相时间占半个开关周期的比值;6)将直流侧输出参考值V2ref与步骤1)中采集到的直流侧输出电压V2做差比较,其差值依次经过PI调节器和限幅值为Df_lim的限幅环节,得到移相比Df;7)将步骤4)得到的两个占空比D1、D2和步骤6)得到的移相比Df经过开关器件驱动信号发生器,输出每个开关器件的驱动信号,驱动相应开关器件。...

【技术特征摘要】
1.一种电流最优调制下三相双有源桥式直流变换器的控制方法,其特征在于,包括以下步骤:1)采样调理电路在每个开关周期分别采集一次直流侧输出电压V2,直流侧输出电流I2以及直流侧输入电压V1,经过滤波和调理环节送入控制器中;2)控制器将采集到的直流侧输出电压V2和直流侧输出电流I2相乘得到传输功率Po,将直流侧输出电压V2与变压器变比N相乘后再与直流侧输入电压V1相除,得到电压传输比d;3)将步骤2)中得到的传输功率Po和电压传输比d经过最优调制策略环节分别得到V1侧和V2侧两个三相桥式电路的占空比D1和D2的参考值和其中,占空比指三相桥式电路中每个相臂上桥臂开关器件的驱动信号为高电平的时间占一个开关周期的比值;4)将步骤3)中得到的两个三相桥式电路的占空比参考值和分别经过大惯性环节或纯积分环节,分别得到占空比D1和D2;5)将步骤4)中得到的占空比D1和D2经过一个最优限幅值计算环节,得到移相比Df的最优限幅值Df_lim,其中,移相比是指两个三相桥式电路相应相臂上驱动信号的基频分量之间的移相时间占半个开关周期的比值;6)将直流侧输出参考值V2ref与步骤1)中采集到的直流侧输出电压V2做差比较,其差值依次经过PI调节器和限幅值为Df_lim的限幅环节,得到移相比Df;7)将步骤4)得到的两个占空比D1、D2和步骤6)得到的移相比Df经过开关器件驱动信号发生器,输出每个开关器件的驱动信号,驱动相应开关器件。2.根据权利要求1所述的一种电流最优调制下三相双有源桥式直流变换器的控制方法,其特征在于,步骤3)中,所述的最优调制策略环节是两个以传输
\t功率Po为行、以电压传输比d为列的二维表,分别记录着占空比D1和D2在电流最优调制下不同Po和d时的最优值,并在运行时采用双线性差值的方法分别查找两个二维表,占空比参考值和所述的两个二维表的大小相同,且根据三相双有源桥式直流变换器传输功率Po与电压传输比d的范围,以及设定的数据间隔确定;其中,当d的范围设定在dmin到dmax之间时,Po的范围相应为0到之间,V1ref为直流侧输入电压额定参考值,fs为开关频率,Ls为三相变压器漏感值。3.根据权利要求2所述的一种电流最优调制下三相双有源桥式直流变换器的控制方法,其特征在于,两个二维表中所记录的每个占空比D1和D2的最优值是根据以下所述方法得到的:以三相双有源桥式直流变换器多频近似的电感电流有效值ILrms表达式为目标函数,以传输功率Po的表达式为等式条件,以占空比D1、D2和移相比Df的取值范围为不等式条件建立起有约束的非线性规划模型,通过障碍函数法和BFGS迭代算法对规划模型进行求解,得到二维表中每种传输功率Po和电压传输比d所对应的两个占空比的数值。4.根据权利要求3所述的一种电流最优调制下三相双有源桥式直流变换器的控制方法,其特征在于,电感电流有效值ILrms和传输功率Po的多频近似表达式如下: I L r m s = V 2 πf s L s Σ k = 1 + ∞ 32 s i n ( k π 3 ) 4 [ ( s i n ( kπD 1 ) - d c o s ( kπD f ) s ...

【专利技术属性】
技术研发人员:王跃李卓强施伶崔耀黄珺雷万钧
申请(专利权)人:西安交通大学
类型:发明
国别省市:陕西;61

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