本发明专利技术公开了级联双有源桥DC‑DC变换器的最小电流应力控制方法。本发明专利技术将双有源桥DC‑DC变换器采用输入侧串联输出侧并联的连接方式能增大传输功率，降低对开关器件耐压的要求，在实际工程中具有广泛应用。所提出的最小电流应力控制方法适用于输入侧串联输出侧并联的级联拓扑结构，能够在电路参数存在差异的情况下实现输入均压，采用三重移相的调制方式实现了对变换器的电流应力的优化，该方法控制实施简单，无需电感参数，避免了电感误差对控制所造成的影响，具有广泛的适用性，能有效减小电流应力，减小损耗提高传输效率，并且无需采样电流，降低了成本，具有实际工程应用价值。
【技术实现步骤摘要】
级联双有源桥DC-DC变换器的最小电流应力控制方法
本专利技术属于电气工程领域的双向直流变换器能量传输技术，具体涉及输入串联输出并联的双有源桥DC-DC变换器的最小电流应力控制。
技术介绍
近年来，能源问题日益严重，这促进了以风能、太阳能为代表的可再生能源的发展，而在新能源的应用中，直流变换器具有较多的应用场合，因此，寻找一种高效的直流变换器具有重要的意义。双有源桥(DualActiveBridge,DAB)DC-DC变换器具有功率双向流动、高功率密度、低成本、易于实现软开关等特点，在新能源发电、电动汽车中应用广泛，近年来成为了研究热点。DAB变换器采取的是移相控制方式，传统单移相控制方式存在较大的电流应力，这将提高对变换器中器件的要求，同时也会增加传输损耗，减小传输效率，因此有必要对其进行优化。为解决电流应力过大的问题，扩展移相(extended-phase-shift，EPS)控制、双重移相(dual-phase-shift，DPS)控制，三重移相(triple-phase-shift，TPS)控制方法相继提出，通过增加控制的自由度，寻求最优的移相比的组合来达到优化的目的。题为“双向全桥DC-DC变换器基于电感电流应力的双重移相优化控制”，《电工技术学报》，2016,31(22)：100-106的文献采用EPS控制方式对电流应力进行优化，题为“基于双重移相控制的双有源DC-DC变换器的最优电流控制”，《电工技术学报》，2015,30(14)：488-496采用DPS控制方式对电流应力进行优化，以上两种方式存在的不足是：(1)需要对输出电流进行采样，提高了成本，采样的精度也会影响控制的效果；(2)以输出功率替代传输功率，而在实际电路中两者存在差异，这种近似使得控制难以达到最佳；(3)控制的实施较为复杂，对于运行模式的分析不够全面导致没有取得最佳的电流应力优化效果；(4)需要应用到等效电感参数，当电感参数存在偏差时，影响优化效果；为满足大功率传输的需要，同时也为了降低器件的耐压，节约成本，需要将其级联。对于级联DAB变换器，题为“ZeroVoltageSwitchingoverEntireLoadRangeandWideVoltageVariationofParallelly-ConnectedDual-Active-BridgeConverterusingPowerCirculatingOperation”，2017IEEE3rdInternationalFutureEnergyElectronicsConferenceandECCEAsia，(“功率循环运行的并联双有源桥变换器的全功率和宽电压变化零电压开关”，2017IEEE第三届国际未来能源电子大会和ECCE亚洲会议)中的DAB级联方式为输入并联输出并联，采取此种级联方式虽然能增大传输功率，但是并没有降低开关管的耐压等级，不利于节约成本。中国专利技术专利申请公开说明书CN103856063A于2014年6月11日公开的《一种-串联型双有源桥电路》描述了该种拓扑，输入串联输出并联的结构能够降低输入端器件的耐压，适用于降压的应用场合，但是专利中没有介绍其控制方式。题为“ResearchonaDualActiveBridgeBasedPowerElectronicsTransformerusingNanocrystallineandSiliconCarbide”，《IndustrialElectronicsSociety》,IECON2017-43rdAnnualConferenceoftheIEEE(“基于纳米晶碳化硅的双有源桥电力电子变压器的研究”，《工业电子学会》，IECON2017-IEEE第43届年会)讲述了两个变换器级联实现输入侧均压的控制方式，其不足为：(1)控制方式不适合于推广到多个变换器级联的结构当中；(2)采用了传统的单移相控制方式，仍将存在单个DAB变换器采用单移相控制时所存在的问题，即电流应力较大，传输效率较低；因此在级联双有源桥DC-DC变换器中有必要对控制方式进行改进，在保证输出稳压，输入均压的同时，实现优化控制，提升传输效率。
技术实现思路
本专利技术的目的是选择输入侧串联输出侧并联型的双有源桥DC-DC变换器控制方式来增大传输功率，降低对器件耐压的要求，为弥补传统单移相控制的不足，选取控制更加灵活的三重移相方式对其进行优化，使其在满足输出稳压，输入均压的同时实现较小的电流应力，减小对器件耐流的要求，提升传输效率。本专利技术的目的是这样实现的，本专利技术提供了一种级联双有源桥DC-DC变换器的最小电流应力控制方法，本控制方法所涉及的级联双有源桥DC-DC变换器的拓扑结构包括直流电压源、n个拓扑结构相同的双有源桥DC-DC变换器、负载电阻R；所述双有源桥DC-DC变换器包括一个输入电容Ci1(i＝1,2,…n)、一个原边H桥Hi1(i＝1,2.…n)、一个等效电感Li(i＝1,2.…n)、一个高频变压器Ti(i＝1,2.…n)、一个副边H桥Hi2(i＝1,2.…n)和一个输出电容Ci2(i＝1,2.…n)；所述原边H桥Hi1由四个开关管、四个反并联二极管组成，四个开关管分别记为Si1(i＝1,2,…n)、Si2(i＝1,2,…n)、Si3(i＝1,2,…n)、Si4(i＝1,2,…n)，四个反并联二极管分别记为Wi1(i＝1,2,…n)、Wi2(i＝1,2,…n)、Wi3(i＝1,2,…n)、Wi4(i＝1,2,…n)；所述副边H桥Hi2由四个开关管、四个反并联二极管组成，四个开关管分别记为Si5(i＝1,2,…n)、Si6(i＝1,2,…n)、Si7(i＝1,2,…n)、Si8(i＝1,2,…n)，四个反并联二极管分别记为Wi5(i＝1,2,…n)、Wi6(i＝1,2,…n)、Wi7(i＝1,2,…n)、Wi8(i＝1,2,…n)；所述直流电压源的正极与第一个双有源桥DC-DC变换器输入电容C11正端相连，n个双有源桥DC-DC变换器的输入侧串联，第n个双有源桥DC-DC变换器输入电容Cn1负端与直流电压源的负极相连，n个双有源桥DC-DC变换器的输出侧并联后再与负载电阻R并联；本专利技术所述控制方法包括如下步骤：步骤1，将n个双有源桥DC-DC变换器中的任一个双有源桥DC-DC变换器记为变换器i(i＝1,2,…n)，采样输出电压UO、直流电压源的输入电压UIN和变换器i的输入侧电压Ui(i＝1,2,…n)，并计算得到变换器i的电压传输比Ki(i＝1,2,…n),Ki＝Ui/NiUO(i＝1,2,…n)，其中Ni为高频变压器Ti的变比；步骤2，先将输出电压给定值Uref与步骤1采样得到的输出电压UO作差得到输出电压误差信号ΔUO，ΔUO＝Uref-UO,然后将输出电压误差信号ΔUO作为PI调节器M的输入，PI调节器M的输出为基准传输功率p，所述PI调节器M为比例积分调节器，其传递函数GPIM(S)表达式为：其中，S为拉普拉斯算子，kPM为PI调节器M的比例系数，kIM为PI调节器M的积分系数；步骤3，先将变换器i的输入侧电压指令值UIref与步骤1采样得到的变换器i输入侧电压Ui作差得到输入电压误差信号ΔUi(i＝1,2,…n)，ΔU本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种级联双有源桥DC‑DC变换器的最小电流应力控制方法，其特征在于，本控制方法所涉及的级联双有源桥DC‑DC变换器的拓扑结构包括直流电压源、n个拓扑结构相同的双有源桥DC‑DC变换器、负载电阻R；所述双有源桥DC‑DC变换器由一个输入电容Ci1(i＝1,2,…n)，一个原边H桥Hi1(i＝1,2,…n)，一个等效电感Li(i＝1,2,…n)，一个高频变压器Ti(i＝1,2,…n)，一个副边H桥Hi2(i＝1,2,…n)，一个输出电容Ci2(i＝1,2,…n)；所述原边H桥Hi1由四个开关管、四个反并联二极管组成，四个开关管分别记为Si1(i＝1,2,…n)、Si2(i＝1,2,…n)、Si3(i＝1,2,…n)、Si4(i＝1,2,…n)，四个反并联二极管分别记为Wi1(i＝1,2,…n)、Wi2(i＝1,2,…n)、Wi3(i＝1,2,…n)、Wi4(i＝1,2,…n)；所述副边H桥Hi2由四个开关管、四个反并联二极管组成，四个开关管分别记为Si5(i＝1,2,…n)、Si6(i＝1,2,…n)、Si7(i＝1,2,…n)、Si8(i＝1,2,…n)，四个反并联二极管分别记为Wi5(i＝1,2,…n)、Wi6(i＝1,2,…n)、Wi7(i＝1,2,…n)、Wi8(i＝1,2,…n)；所述直流电压源的正极与第一个双有源桥DC‑DC变换器输入电容C11正端相连，n个双有源桥DC‑DC变换器的输入侧串联，第n个双有源桥DC‑DC变换器输入电容Cn1负端与直流电压源的负极相连，n个双有源桥DC‑DC变换器的输出侧并联后再与负载电阻R并联；所述控制方法包括如下步骤：步骤1，将n个双有源桥DC‑DC变换器中的任一个双有源桥DC‑DC变换器记为变换器i(i＝1,2,…n)，采样输出电压UO、直流电压源的输入电压UIN和变换器i的输入侧电压Ui(i＝1,2,…n)，并计算得到变换器i的电压传输比Ki(i＝1,2,…n),Ki＝Ui/NiUO(i＝1,2,…n)，其中Ni为高频变压器Ti的变比；步骤2，先将输出电压给定值Uref与步骤1采样得到的输出电压UO作差得到输出电压误差信号ΔUO,ΔUO＝Uref‑UO,然后将输出电压误差信号ΔUO作为PI调节器M的输入，PI调节器M的输出为基准传输功率p，所述PI调节器M为比例积分调节器，其传递函数GPIM(S)表达式为：...
【技术特征摘要】
1.一种级联双有源桥DC-DC变换器的最小电流应力控制方法，其特征在于，本控制方法所涉及的级联双有源桥DC-DC变换器的拓扑结构包括直流电压源、n个拓扑结构相同的双有源桥DC-DC变换器、负载电阻R；所述双有源桥DC-DC变换器由一个输入电容Ci1(i＝1,2,…n)，一个原边H桥Hi1(i＝1,2,…n)，一个等效电感Li(i＝1,2,…n)，一个高频变压器Ti(i＝1,2,…n)，一个副边H桥Hi2(i＝1,2,…n)，一个输出电容Ci2(i＝1,2,…n)；所述原边H桥Hi1由四个开关管、四个反并联二极管组成，四个开关管分别记为Si1(i＝1,2,…n)、Si2(i＝1,2,…n)、Si3(i＝1,2,…n)、Si4(i＝1,2,…n)，四个反并联二极管分别记为Wi1(i＝1,2,…n)、Wi2(i＝1,2,…n)、Wi3(i＝1,2,…n)、Wi4(i＝1,2,…n)；所述副边H桥Hi2由四个开关管、四个反并联二极管组成，四个开关管分别记为Si5(i＝1,2,…n)、Si6(i＝1,2,…n)、Si7(i＝1,2,…n)、Si8(i＝1,2,…n)，四个反并联二极管分别记为Wi5(i＝1,2,…n)、Wi6(i＝1,2,…n)、Wi7(i＝1,2,…n)、Wi8(i＝1,2,…n)；所述直流电压源的正极与第一个双有源桥DC-DC变换器输入电容C11正端相连，n个双有源桥DC-DC变换器的输入侧串联，第n个双有源桥DC-DC变换器输入电容Cn1负端与直流电压源的负极相连，n个双有源桥DC-DC变换器的输出侧并联后再与负载电阻R并联；所述控制方法包括如下步骤：步骤1，将n个双有源桥DC-DC变换器中的任一个双有源桥DC-DC变换器记为变换器i(i＝1,2,…n)，采样输出电压UO、直流电压源的输入电压UIN和变换器i的输入侧电压Ui(i＝1,2,…n)，并计算得到变换器i的电压传输比Ki(i＝1,2,…n),Ki＝Ui/NiUO(i＝1,2,…n)，其中Ni为高频变压器Ti的变比；步骤2，先将输出电压给定值Uref与步骤1采样得到的输出电压UO作差得到输出电压误差信号ΔUO,ΔUO＝Uref-UO,然后将输出电压误差信号ΔUO作为PI调节器M的输入，PI调节器M的输出为基准传输功率p，所述PI调节器M为比例积分调节器，其传递函数GPIM(S)表达式为：其中，S为拉普拉斯算子，kPM为PI调节器M的比例系数，kIM为PI调节器M的积分系数；步骤3，先将变换器i的输入侧电压指令值UIref与步骤1采样得到的变换器i输入侧电压Ui作差得到输入电压误差信号ΔUi(i＝1,2,…n)，ΔUi＝UIref-Ui，式中然后将输入电压误差信号ΔUi作为PI调节器i(i＝1,2,…n)的输入，PI调节器i的输出为变换器i的调节功率Δpi(i＝1,2,…n)，所述PI调节器i为比例积分调节器，其传递函数GPIi(S)表达式为；其中i＝1,2,…n，S为拉普拉斯算子，kPi为PI调节器i的比例系数，kIi为PI调节器i的积分系数；步骤4，将步骤...
【专利技术属性】
技术研发人员：张兴，郭华越，赵文广，高帅，王付胜，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34
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