三相双有源桥式直流变换器的瞬时电流控制方法技术

本发明专利技术公开了一种三相双有源桥式直流变换器的瞬时电流控制方法，在三相双有源桥式直流变换器处于稳态的情况下，当V1侧和V2侧两个三相桥式电路的占空比指令D1,1和D2,1单独或同时改变为D1,2和D2,2时，通过两种调节过渡区间内占空比大小的方法，使得变压器三相电感电流分别仅经过1/3个开关周期或2/3个开关周期的过渡区间就可达到平衡，大大降低因为三相电感电流不平衡而引起的变换器两侧直流电流振荡的幅值和时间，从而改善了变换器的动态性能。

【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
，具体涉及一种三相双有源桥式直流变换器的瞬时电流控制方法。
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和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。对于三相双有源桥式直流变换器，在处于稳态状态下，改变其控制变量，会造成三相高频变压器中的三相电流出现不平衡的现象，引起变换器两侧的直流电流产生振荡，并以τ＝Ls/Rs为时间常数逐渐衰减。其中，Ls为三相变压器中每相等效电感值，Rs为三相变压器中每相等效电阻值。在实际的变换器设计过程中，为了实现两个直流侧较宽的电压变化范围，三相变压器中每相等效电感值Ls需要被设计得较大，同时三相变压器中每相等效电阻值Rs则需要被设计得较小以减小线路损耗。因此，时间常数往往会变得比较大，进而使得变换器两侧直流电流的振荡衰减时间较长。现有的改善上述现象的控制方法，都是针对传统的移相调制策略所提出的。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。此时，两个三相桥式电路的占空比固定且均为0.5。相应的控制方法是在移相角变化的时候引入一个过渡区间，通过对该区间内移相角大小进行调节，从而使得三相电感电流在过渡区间内迅速达到新的平衡。然而，对于引入两个三相桥式电路的占空比作为另外两个控制变量的占空比加移相调制策略来说，当改变两个占空比指令时，三相电感电流同样会出现不平衡的现象，从而引起变换器两侧的直流电流产生振荡。
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三相双有源桥式直流变换器的瞬时电流控制方法，该控制方法在单独或同时改变两个占空比指令时，能够通过调节过渡区间内占空比大小，使得变压器三相电感电流分别仅经过1/3个开关周期或2/3个开关周期的过渡区间就可达到平衡，从而减小变换器两侧的直流电流振荡。为达到上述目的，本专利技术通过以下技术方案来实现的：三相双有源桥式直流变换器的瞬时电流控制方法，在三相双有源桥式直流变换器处于稳态的情况下，当V1侧和V2侧两个三相桥式电路的占空比指令D1,1和D2,1单独或同时改变为D1,2和D2,2时，通过两种调节过渡区间内占空比大小的方法，使得变压器三相电感电流分别仅经过1/3个开关周期或2/3个开关周期的过渡区间就可达到平衡；其中，三相桥式电路的占空比是指在一个开关周期Ts内每个相臂的开关函数Sm,x(t)值为1的时间占整个开关周期的比例，且占空比均小于或等于0.5；开关函数的值为1代表上桥臂开关器件导通而下桥臂开关器件关断，其值为0代表下桥臂开关器件导通而上桥臂开关器件关断，m＝1或2，分别代表V1侧和V2侧的三相桥式电路，所以占空比指令D1,1、D2,1和D1,2、D2,2简写为Dm,1、Dm,2；x＝a,b,c，分别代表三个相臂。本专利技术进一步的改进在于，所述的过渡区间为1/3个开关周期的瞬时电流控制方法为：对于任一侧三相桥式电路，在稳态运行时占空比为Dm,1，以a相开关函数Sm,a(t)从0变为1后再经过(Dm,1Ts)/2后的时刻为0时刻，进入过渡区间；在0时刻将a相占空比指令改为过渡占空比Dm,1Δ，即从0时刻继续使a相开关函数Sm,a(t)保持为1的状态，持续(Dm,1Δ·Ts)/2的时间后变为0；同时令b相占空比指令改为过渡占空比Dm,2Δ，即从0时刻继续使b相开关函数Sb,m(t)保持为0的状态，持续(2-3Dm,2Δ)Ts/6的时间后变为1；在Ts/3时刻将三相占空比指令均改为Dm,2，结束过渡区间。本专利技术进一步的改进在于，过渡区间内的两个过渡占空比的表达式分别为： D m , 1 Δ = ( k 2 + k - 1 ) D m , 1 + 2 D m , 2 1 + k + k 2 - - - ( 1 ) ]]> D m , 2 Δ = 2 k 2 D m , 1 + ( 1 + k - k 2 ) D m , 2 1 + k + k 2 - - - ( 2 ) ]]>其中，fs＝1/Ts，为开关频率；τ＝Ls/Rs，为时间常数；Ls为三相变压器中每相等效电感值；Rs为三相变压器中每相等效电阻值。本专利技术进一步的改进在于，通常情况下，时间常数与开关频率的乘积较大，使得k≈1，因此过渡区间内的两个过渡占空比的表达式能够分别简写为： D m , 1 Δ = 本文档来自技高网...

【技术保护点】
三相双有源桥式直流变换器的瞬时电流控制方法，其特征在于，在三相双有源桥式直流变换器处于稳态的情况下，当V1侧和V2侧两个三相桥式电路的占空比指令D1，1和D2，1单独或同时改变为D1，2和D2，2时，通过两种调节过渡区间内占空比大小的方法，使得变压器三相电感电流分别仅经过1/3个开关周期或2/3个开关周期的过渡区间就可达到平衡；其中，三相桥式电路的占空比是指在一个开关周期Ts内每个相臂的开关函数Sm，x(t)值为1的时间占整个开关周期的比例，且占空比均小于或等于0.5；开关函数的值为1代表上桥臂开关器件导通而下桥臂开关器件关断，其值为0代表下桥臂开关器件导通而上桥臂开关器件关断，m＝1或2，分别代表V1侧和V2侧的三相桥式电路，所以占空比指令D1，1、D2，1和D1，2、D2，2简写为Dm，1、Dm，2；x＝a，b，c，分别代表三个相臂。

【技术特征摘要】
1.三相双有源桥式直流变换器的瞬时电流控制方法，其特征在于，在三相双有源桥式直流变换器处于稳态的情况下，当V1侧和V2侧两个三相桥式电路的占空比指令D1，1和D2，1单独或同时改变为D1，2和D2，2时，通过两种调节过渡区间内占空比大小的方法，使得变压器三相电感电流分别仅经过1/3个开关周期或2/3个开关周期的过渡区间就可达到平衡；其中，三相桥式电路的占空比是指在一个开关周期Ts内每个相臂的开关函数Sm，x(t)值为1的时间占整个开关周期的比例，且占空比均小于或等于0.5；开关函数的值为1代表上桥臂开关器件导通而下桥臂开关器件关断，其值为0代表下桥臂开关器件导通而上桥臂开关器件关断，m＝1或2，分别代表V1侧和V2侧的三相桥式电路，所以占空比指令D1，1、D2，1和D1，2、D2，2简写为Dm，1、Dm，2；x＝a，b，c，分别代表三个相臂。2.根据权利要求1所述的三相双有源桥式直流变换器的瞬时电流控制方法，其特征在于，所述的过渡区间为1/3个开关周期的瞬时电流控制方法为：对于任一侧三相桥式电路，在稳态运行时占空比为Dm，1，以a相开关函数Sm，a(t)从0变为1后再经过(Dm，1Ts)/2后的时刻为0时刻，进入过渡区间；在0时刻将a相占空比指令改为过渡占空比Dm，1Δ，即从0时刻继续使a相开关函数Sm，a(t)保持为1的状态，持续(Dm，1Δ·Ts)/2的时间后变为0；同时令b相占空比指令改为过渡占空比Dm，2Δ，即从0时刻继续使b相开关函数Sb，m(t)保持为0的状态，持续(2-3Dm，2Δ)Ts/6的时间后变为1；在Ts/3时刻将三相占空比指令均改为Dm，2，结束过渡区间。3.根据权利要求2所述的三相双有源桥式直流变换器的瞬时电流控制方法，其特征在于，过渡区间内的两个过渡占空比的表达式分别为： D m , 1 Δ = ( k 2 + k - 1 ) D m , 1 + 2 D m , 2 1 + k + k 2 - - - ( 1 ) ]]> D m , 2 Δ = 2 k 2 D m , 1 + ( 1 + k - k 2 ) D m , 2 1 + k + k 2 - - - ( 2 ) ]]>其中，fs＝1/Ts，为开关频率；τ＝Ls/Rs，为时间常数；Ls为三相变压器中每相等效电感值；Rs为三相变压器中每相等效电阻值。4.根据权利要求3所述的三相双有源桥式直流变换器的瞬时电流控制方法，其特征在于，通常情况下，时间常数与开关频率的乘积较大，使得k≈1，因此过渡区间内的两个过渡占空比的表达式能够分别简写为： D m , 1 Δ = D m , 1 + 2 D m , 2 3 - - - ( 3 ) ]]> D m , 2 Δ = 2 D m , 1 ...

【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