谐振型DC/DC变换器功率均衡控制方法和控制系统技术方案

本发明专利技术涉及谐振型DC/DC变换器功率均衡控制方法和控制系统，包括两层控制，分别是变换器总有功功率控制和变换器功率均衡控制，变换器总有功功率控制用于得到变换器的移相角；变换器功率均衡控制中，对各个变换单元进行闭环控制，得到各换流单元对应的开关频率的修正量；然后计算得到修正后的各换流单元对应的开关频率；根据各换流单元修正后的开关频率对对应的换流单元进行均衡控制。通过调整开关频率来均衡变换单元传输的有功功率，实现了变换器串联侧直流电压平衡和传输功率均衡，保证了DC/DC变换器的稳定运行，并且，无需添加专门的硬件结构，降低了投入成本。

Power equalizing control method and control system of resonant type DC/DC converter

The present invention relates to a resonant DC/DC converter power balance control method and control system, including two layers of control, namely the total active power converter control and converter power balance control, converter control is used to get the total active power converter angle; converter power balance control, closed-loop control of each conversion unit get the correction, the switching frequency converter unit of the corresponding; then calculate the corrected for the switching frequency of the flow unit; according to the switching frequency converter unit after correction of commutation unit corresponding to the balance control. To balance the active power conversion unit by adjusting the switching frequency of the transmission, the series converter of balanced DC voltage balance and power transmission, to ensure the stable operation of DC/DC converter and, without adding special hardware structure, reduces the cost.

【技术实现步骤摘要】
谐振型DC/DC变换器功率均衡控制方法和控制系统
本专利技术涉及谐振型DC/DC变换器功率均衡控制方法和控制系统，属于DC/DC变换器功率均衡控制

技术介绍
DC/DC变换器的主流拓扑为一侧串联一侧并联型，如图1所示，DC/DC变换器包括n个变换单元，这些变换单元一侧串联设置，也称为级联设置，另一侧并联设置，那么，将变换单元串联设置的一侧称为变换器的串联侧，将变换单元并联设置的一侧称为变换器的并联侧，如果拿图1来说，高压侧串联设置，低压侧并联设置，那么，高压侧为变换器的串联侧，低压侧为变换器的并联侧。以大功率双向CLLLC谐振型DC/DC变换器为例，这种变换器不仅可实现直流电压变压、双向传输能量和电气隔离的功能而且具有功率密度高，效率高等优点，在可再生能源、直流配电系统及电力电子变压器等领域得到了广泛的应用。这种变换器在运行时，由于变换单元之间损耗、谐振电感、谐振电容、高频变压器漏抗和变比的差异性，会造成各变换单元传输的有功功率不均衡，引起变换单元直流电压不一致，导致变换器不能正常运行。针对DC/DC变换器串联侧直流电压和变换单元有功功率不均衡的问题，目前的解决方法为硬件均压，在功率变换单元串联侧的直流电容两端并联均压电阻，通过不同直流电压作用在电阻上损耗的差异性来减小直流电压和有功功率的不均衡，这种方法是一种有差控制，只能减小变换单元间直流电压和有功功率的不均衡程度，可靠性不高，并且增加了变换器的损耗和成本，降低了变换器运行效率。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种谐振型DC/DC变换器功率均衡控制方法，用以解决传统的功率均衡方法可靠性低的问题。本专利技术同时提供一种谐振型DC/DC变换器功率均衡控制系统。为实现上述目的，本专利技术的方案包括一种谐振型DC/DC变换器功率均衡控制方法，所述DC/DC变换器具有串联侧和并联侧，所述控制方法包括两层控制，分别是变换器总有功功率控制和变换器有功功率均衡控制，所述变换器总有功功率控制为：对变换器并联侧直流电压进行闭环控制，经过处理后得到变换器的移相角，根据所述移相角调整各换流单元两侧对应交流电压的相位差，实现总有功功率控制；所述变换器有功功率均衡控制包括以下步骤：(1)计算变换单元串联侧直流电压的平均值Udc_av，将各换流单元串联侧直流电压Udci分别与平均值Udc_av做差，并对做差结果进行闭环控制，得到各换流单元对应的开关频率的修正量Δfsi；(2)将各修正量Δfsi与初始开关频率fs相加，经过处理后得到修正后的各换流单元对应的开关频率fsi；(3)根据各换流单元修正后的开关频率fsi对对应的换流单元进行控制；其中，i＝1、2、……、N。实现变换器并联侧直流电压闭环控制的手段为：检测变换器实际的并联侧直流电压Uo，将变换器并联侧直流电压指令值Uo*与实际的并联侧直流电压Uo做差，利用PI调节器进行闭环控制。所述对做差结果进行闭环控制采用PI调节器实现，所述PI调节器的输入信号是各换流单元串联侧直流电压Udci与串联侧直流电压的平均值Udc_av的差值。所述变换器的移相角由角度限幅器的处理后得到。所述修正后的各换流单元对应的开关频率fsi由频率限幅器的处理后得到。一种谐振型DC/DC变换器功率均衡控制系统，所述DC/DC变换器具有串联侧和并联侧，所述控制系统包括：变换器总有功功率控制模块，用于对变换器并联侧直流电压进行闭环控制，经过处理后得到变换器的移相角，根据所述移相角调整各换流单元两侧对应交流电压的相位差，实现总有功功率控制；变换器有功功率均衡控制模块，包括以下单元：闭环控制单元，用于计算变换单元串联侧直流电压的平均值Udc_av，将各换流单元串联侧直流电压Udci分别与平均值Udc_av做差，并对做差结果进行闭环控制，得到各换流单元对应的开关频率的修正量Δfsi；计算单元，用于将各修正量Δfsi与初始开关频率fs相加，经过处理后得到修正后的各换流单元对应的开关频率fsi；均衡控制单元，用于根据各换流单元修正后的开关频率fsi对对应的换流单元进行控制；其中，i＝1、2、……、N。实现变换器并联侧直流电压闭环控制的手段为：检测变换器实际的并联侧直流电压Uo，将变换器并联侧直流电压指令值Uo*与实际的并联侧直流电压Uo做差，利用PI调节器进行闭环控制。所述对做差结果进行闭环控制采用PI调节器实现，所述PI调节器的输入信号是各换流单元串联侧直流电压Udci与串联侧直流电压的平均值Udc_av的差值。所述变换器的移相角由角度限幅器的处理后得到。所述修正后的各换流单元对应的开关频率fsi由频率限幅器的处理后得到。本专利技术提供的功率均衡控制方法包括两层控制，分别是变换器总有功功率控制和变换器有功功率均衡控制，变换器总有功功率控制是对变换器并联侧直流电压进行闭环控制，以得到变换器的移相角；变换器有功功率均衡控制是对各个变换单元的串联侧的直流电压进行闭环控制，通过调整开关频率来均衡变换单元传输的有功功率，从而消除了由于变换单元之间损耗、谐振电感、谐振电容、高频变压器漏抗和变比的差异性等引起的有功功率不能均衡地传输至低压侧的问题。本专利技术以变换单元直流电压平衡和功率均衡等价为基础，实现了变换器串联侧直流电压平衡和传输功率均衡，功率均衡可靠性较高，保证了谐振型DC/DC变换器的稳定运行，并且，与传统的利用硬件实现功率均衡的方法相比，无需添加专门的硬件结构，降低了投入成本，只需在控制设备中加入相应的控制软件程序，实现简单，均衡可靠性高，并且变换器的损耗较小，相应地，变换器运行效率较高。附图说明图1是DC/DC变换器的拓扑示意图；图2是双向CLLLC谐振型DC/DC变换单元的电路示意图；图3是双向CLLLC谐振型DC/DC变换单元的等效电路示意图；图4是功率均衡控制方法原理示意图。具体实施方式谐振型DC/DC变换器功率均衡控制方法实施例本专利技术提供的谐振型DC/DC变换器功率均衡控制方法适用于多种DC/DC变换器，DC/DC变换器除了由如图2所示的双向CLLLC谐振型DC/DC变换单元构成之外，还可以由其他电路结构的DC/DC变换单元构成，本实施例以双向CLLLC谐振型DC/DC变换单元为例，下面结合附图对功率均衡控制方法做进一步详细的说明。另外，本实施例中，如图1所示，高压侧串联设置，低压侧并联设置，那么，变换器的高压侧为变换器的串联侧，变换器的低压侧为变换器的并联侧。DC/DC变换器包括n个双向CLLLC谐振型DC/DC变换单元，如图1所示。首先，以下给出DC/DC变换器功率不均衡的原因。双向CLLLC谐振型DC/DC变换单元等效电路如图3所示，占空比为50％时，假设电压uab的初始相位为0°，电压ucd的初始相位为根据傅里叶分析，可得输入输出的基波电压的计算公式为：其中，Ui为输入直流电压(即高压侧直流电压)，Uo为输出直流电压(低压侧直流电压)，ωs为开关角频率。谐振电路的阻抗的计算公式为：式(3)中，将变换单元变压器低压侧参数等效至高压侧，等效谐振电感为L2'＝n2(Lls2+L2)，等效谐振电容为C2'＝C2/n2，R为系统等效损耗。变换单元输入功率(高压侧功率)的计算公式为：Pi＝Uiidci＝Po+Ploss(4)式(4)中，idci为变换单元高压侧直流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种谐振型DC/DC变换器功率均衡控制方法，所述DC/DC变换器具有串联侧和并联侧，其特征在于，所述控制方法包括两层控制，分别是变换器总有功功率控制和变换器有功功率均衡控制，所述变换器总有功功率控制为：对变换器并联侧直流电压进行闭环控制，经过处理后得到变换器的移相角，根据所述移相角调整各换流单元两侧对应交流电压的相位差，实现总有功功率控制；所述变换器有功功率均衡控制包括以下步骤：(1)计算变换单元串联侧直流电压的平均值U

【技术特征摘要】
1.一种谐振型DC/DC变换器功率均衡控制方法，所述DC/DC变换器具有串联侧和并联侧，其特征在于，所述控制方法包括两层控制，分别是变换器总有功功率控制和变换器有功功率均衡控制，所述变换器总有功功率控制为：对变换器并联侧直流电压进行闭环控制，经过处理后得到变换器的移相角，根据所述移相角调整各换流单元两侧对应交流电压的相位差，实现总有功功率控制；所述变换器有功功率均衡控制包括以下步骤：(1)计算变换单元串联侧直流电压的平均值Udc_av，将各换流单元串联侧直流电压Udci分别与平均值Udc_av做差，并对做差结果进行闭环控制，得到各换流单元对应的开关频率的修正量Δfsi；(2)将各修正量Δfsi与初始开关频率fs相加，经过处理后得到修正后的各换流单元对应的开关频率fsi；(3)根据各换流单元修正后的开关频率fsi对对应的换流单元进行控制；其中，i＝1、2、……、N。2.根据权利要求1所述的谐振型DC/DC变换器功率均衡控制方法，其特征在于，实现变换器并联侧直流电压闭环控制的手段为：检测变换器实际的并联侧直流电压Uo，将变换器并联侧直流电压指令值Uo*与实际的并联侧直流电压Uo做差，利用PI调节器进行闭环控制。3.根据权利要求1所述的谐振型DC/DC变换器功率均衡控制方法，其特征在于，所述对做差结果进行闭环控制采用PI调节器实现，所述PI调节器的输入信号是各换流单元串联侧直流电压Udci与串联侧直流电压的平均值Udc_av的差值。4.根据权利要求1-3任意一项所述的谐振型DC/DC变换器功率均衡控制方法，其特征在于，所述变换器的移相角由角度限幅器的处理后得到。5.根据权利要求1-3任意一项所述的谐振型DC/DC变换器功率均衡控制方法，其特征在于，所述修正后的各换流单元对应的开关频率fsi由频率限幅器的...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯宇鹏，吴金龙，王先为，张海龙，胡四全，刘刚，宋晓梅，安昱，吴志力，史梓男，金强，冯明灿，郑浩，
申请(专利权)人：许继集团有限公司，许继电气股份有限公司，西安许继电力电子技术有限公司，国网北京经济技术研究院，国网安徽省电力公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：河南,41