高频隔离型可变拓扑AC-DC变换器的控制方法技术

高频隔离型可变拓扑AC‑DC变换器的控制方法，属于电能变换技术领域，本发明专利技术为解决现有高频隔离型AC‑DC变换器的控制系统体积大、成本高、视在功率利用率低的问题。本发明专利技术所述高频隔离型可变拓扑AC‑DC变换器的控制方法根据直流侧电压实际值和额定值的关系，通过控制两个单刀双掷开关选择串联连接或并联连接，设置输出功率闭环控制，设置两个桥式变换器输出电压均衡算法，实现在并联模式的两个桥式变换器的均流控制，在串联模式的均压、均流控制。本发明专利技术用于电能变换。

【技术实现步骤摘要】
高频隔离型可变拓扑AC-DC变换器的控制方法
本专利技术涉及一种高频隔离型可变拓扑AC-DC变换器的控制方法，属于电能变换

技术介绍
高频隔离型AC-DC变换器通过高频隔离变压器实现交流电网与直流源或负载的电气隔离，具有体积小、重量轻、集成度高等一系列优点，在储能系统、光伏发电系统、燃料电池电能变换系统等领域具有广阔的发展前景。在基于高频隔离型AC-DC变换器的储能系统以及光伏发电等系统中，连接到直流侧的蓄电池、超级电容以及光伏电池的端电压会在较大范围内变化，由于功率等于端电压与电流的乘积，因此在端电压较小时的直流侧工作电流会远大于端电压较大时的情况。而在对这种工况下的系统进行设计时，功率开关的额定电压需要按照端电压的最大值选取，而其额定电流需要按照端电压最小值时系统所需的最大工作电流进行选取。如此大的额定电流在端电压较高时并不能充分利用，造成较大浪费，因此在上述系统中的系统成本、体积和损耗均具有较大提升空间。
技术实现思路
本专利技术目的是为了解决现有高频隔离型AC-DC变换器的控制系统体积大、成本高、视在功率利用率低的问题，提供了一种高频隔离型可变拓扑AC-DC变换器的控制方法。本专利技术所述高频隔离型可变拓扑AC-DC变换器的控制方法，该控制方法根据直流侧电压实际值和额定值的关系，通过控制两个单刀双掷开关选择串联连接或并联连接，设置输出功率闭环控制，设置两个桥式变换器输出电压均衡算法，实现在并联模式的两个桥式变换器的均流控制，在串联模式的均压、均流控制。优选的，设置输出功率闭环控制和设置两个桥式变换器输出电压均衡算法的具体过程为：S1、设置高频阶梯波，在每个高频阶梯波的起始时刻采集交流侧电压Vg、第一桥式变压器的输出电压VC1、第一桥式变压器的电流is1、第二桥式变换器的输出电压VC2、第二桥式变换器的电流is2、直流侧LC滤波器的直流输出电压Vo、直流侧LC滤波器的电流io；设置锁相环，采集交流侧电压的瞬时相角；设置传输参考功率P*；设置直流输出电压的额定值Vo_rate；S2、直流侧LC滤波器的直流输出电压Vo和直流侧LC滤波器的电流io相乘，获得当前传输功率P，当前传输功率P经过第一滤波器的滤波后，与传输参考功率P*做差，差值输入到第一控制器中，第一控制器输出的结果除以2，获得电流参考幅值im*；S3、第一桥式变压器的输出电压VC1与第二桥式变换器的输出电压VC2相减，差值输入第二控制器；直流侧LC滤波器的直流输出电压Vo与相比较，如果则第二控制器输出实际的结果，如果则第二控制器的输出结果清零；S4、将S2获取的电流参考幅值im*与S3的第二控制器的输出结果相减，获得第一桥式变换器的输出电流参考幅值im1*；再将第一桥式变换器的输出电流参考幅值im1*与交流侧电压的瞬时相角的正弦值相乘，相乘后的结果取绝对值后为第一桥式变换器的输出参考电流is1*；第一桥式变换器的输出参考电流is1*与第一桥式变换器的实际输出电流is1做差，差值输入第三控制器，第三控制器输出第一桥式变换器的移相角再经过移相调制模块获得第一桥式变换器中功率开关的控制信号；S5、将S2获取的电流参考幅值im*与S3的第二控制器的输出结果相加，获得第二桥式变换器的输出电流参考幅值im2*；再将第二桥式变换器的输出电流参考幅值im2*与交流侧电压的瞬时相角的正弦值相乘，相乘后的结果取绝对值后为第二桥式变换器的输出参考电流is2*；第二桥式变换器的输出参考电流is2*与第二桥式变换器的实际输出电流is2做差，差值输入第四控制器，第四控制器输出第二桥式变换器的移相角再经过移相调制模块获得第二桥式变换器中功率开关的控制信号。优选的，S1所述设置高频阶梯波，在每个高频阶梯波的起始时刻采集交流侧电压Vg，四个功率开关的控制方法为：在每个高频阶梯波的起始时刻，若Vg的极性大于零，则左上角和右下角的两个功率开关导通，左下角和右上角的两个功率开关保持关断；经过半个高频阶梯波的周期后，左上角和右下角的两个功率开关关断，左下角和右上角的两个功率开关导通，保持至周期结束；在每个高频阶梯波的起始时刻，若Vg的极性小于或等于零，则右上角和左下角的两个功率开关导通，右下角和左上角的两个功率开关保持关断；经过半个高频阶梯波的周期后，右上角和左下角的两个功率开关关断，右下角和左上角的两个功率开关导通，保持至周期结束。优选的，S3所述直流侧LC滤波器的直流输出电压Vo与相比较，如果第二控制器输出实际的结果，此时，第一单刀双掷开关的引脚1与引脚3相连，第二单刀双掷开关的引脚1与引脚3相连；如果则第二控制器的输出结果清零，此时，第一单刀双掷开关的引脚1与引脚2相连，第二单刀双掷开关的引脚1与引脚2相连。本专利技术的优点：本专利技术实现了对高频隔离型可变拓扑AC-DC变换器的控制，从而大幅提高了系统中功率器件的利用率，有效减低了成本和损耗。优点有：1、通过拓扑结构的切换，实现了功率器件额定容量的充分利用，显著降低了系统成本，提高了系统效率；2、在实现拓扑在线切换的同时，保证了两个变换器输出电压和电流的一致性，具有可靠性高、易于实现等优点。附图说明图1是本专利技术所述高频隔离型可变拓扑AC-DC变换器的结构示意图；图2是本专利技术所述高频隔离型可变拓扑AC-DC变换器的控制方法的原理框图。具体实施方式具体实施方式一：下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述高频隔离型可变拓扑AC-DC变换器的控制方法，高频隔离型可变拓扑AC-DC变换器包括交流侧LC滤波器、矩阵变换器、高频隔离变压器、第一桥式变换器、第二桥式变换器、两个单刀双掷开关和直流侧LC滤波器；交流侧LC滤波器的两个输出端分别连接矩阵变换器的两个输入端，矩阵变换器的两个输出端分别连接高频隔离变压器的第一绕组的两端；第一桥式变换器和第二桥式变换器结构相同，第一桥式变换器的两个输入端分别连接高频隔离变压器的第二绕组的两端，第二桥式变换器的两个输入端分别连接高频隔离变压器的第三绕组的两端，第一桥式变换器和第二桥式变换器串联或并联后的输出端与直流侧LC滤波器的输入端相连，直流侧LC滤波器输出变换后的直流电压；第一桥式变换器和第二桥式变换器通过两个单刀双掷开关实现串联或并联连接；该控制方法根据直流侧电压实际值和额定值的关系，通过控制两个单刀双掷开关选择串联连接或并联连接，设置输出功率闭环控制，设置两个桥式变换器输出电压均衡算法，实现在并联模式的两个桥式变换器的均流控制，在串联模式的均压、均流控制。具体实施方式二：下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，设置输出功率闭环控制和设置两个桥式变换器输出电压均衡算法的具体过程为：S1、设置高频阶梯波，在每个高频阶梯波的起始时刻采集交流侧电压Vg、第一桥式变压器的输出电压VC1、第一桥式变压器的电流is1、第二桥式变换器的输出电压VC2、第二桥式变换器的电流is2、直流侧LC滤波器的直流输出电压Vo、直流侧LC滤波器的电流io；设置锁相环，采集交流侧电压的瞬时相角；设置传输参考功率P*；设置直流输出电压的额定值Vo_rate；S2、直流侧LC滤波器的直流输出电压Vo和直流侧LC滤波器的电流io相乘，获得当前传输功率P，当前传输功率P经过第一滤波器的滤波后，与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.高频隔离型可变拓扑AC‑DC变换器的控制方法，高频隔离型可变拓扑AC‑DC变换器包括交流侧LC滤波器、矩阵变换器、高频隔离变压器、第一桥式变换器、第二桥式变换器、两个单刀双掷开关和直流侧LC滤波器；交流侧LC滤波器的两个输出端分别连接矩阵变换器的两个输入端，矩阵变换器的两个输出端分别连接高频隔离变压器的第一绕组的两端；第一桥式变换器和第二桥式变换器结构相同，第一桥式变换器的两个输入端分别连接高频隔离变压器的第二绕组的两端，第二桥式变换器的两个输入端分别连接高频隔离变压器的第三绕组的两端，第一桥式变换器和第二桥式变换器串联或并联后的输出端与直流侧LC滤波器的输入端相连，直流侧LC滤波器输出变换后的直流电压；第一桥式变换器和第二桥式变换器通过两个单刀双掷开关实现串联或并联连接；其特征在于，该控制方法根据直流侧电压实际值和额定值的关系，通过控制两个单刀双掷开关选择串联连接或并联连接，设置输出功率闭环控制，设置两个桥式变换器输出电压均衡算法，实现在并联模式的两个桥式变换器的均流控制，在串联模式的均压、均流控制。

【技术特征摘要】
1.高频隔离型可变拓扑AC-DC变换器的控制方法，高频隔离型可变拓扑AC-DC变换器包括交流侧LC滤波器、矩阵变换器、高频隔离变压器、第一桥式变换器、第二桥式变换器、两个单刀双掷开关和直流侧LC滤波器；交流侧LC滤波器的两个输出端分别连接矩阵变换器的两个输入端，矩阵变换器的两个输出端分别连接高频隔离变压器的第一绕组的两端；第一桥式变换器和第二桥式变换器结构相同，第一桥式变换器的两个输入端分别连接高频隔离变压器的第二绕组的两端，第二桥式变换器的两个输入端分别连接高频隔离变压器的第三绕组的两端，第一桥式变换器和第二桥式变换器串联或并联后的输出端与直流侧LC滤波器的输入端相连，直流侧LC滤波器输出变换后的直流电压；第一桥式变换器和第二桥式变换器通过两个单刀双掷开关实现串联或并联连接；其特征在于，该控制方法根据直流侧电压实际值和额定值的关系，通过控制两个单刀双掷开关选择串联连接或并联连接，设置输出功率闭环控制，设置两个桥式变换器输出电压均衡算法，实现在并联模式的两个桥式变换器的均流控制，在串联模式的均压、均流控制。2.根据权利要求1所述的高频隔离型可变拓扑AC-DC变换器的控制方法，其特征在于，设置输出功率闭环控制和设置两个桥式变换器输出电压均衡算法的具体过程为：S1、设置高频阶梯波，在每个高频阶梯波的起始时刻采集交流侧电压Vg、第一桥式变压器的输出电压VC1、第一桥式变压器的电流is1、第二桥式变换器的输出电压VC2、第二桥式变换器的电流is2、直流侧LC滤波器的直流输出电压Vo、直流侧LC滤波器的电流io；设置锁相环，采集交流侧电压的瞬时相角；设置传输参考功率P*；设置直流输出电压的额定值Vo_rate；S2、直流侧LC滤波器的直流输出电压Vo和直流侧LC滤波器的电流io相乘，获得当前传输功率P，当前传输功率P经过第一滤波器的滤波后，与传输参考功率P*做差，差值输入到第一控制器中，第一控制器输出的结果除以2，获得电流参考幅值im*；S3、第一桥式变压器的输出电压VC1与第二桥式变换器的输出电压VC2相减，差值输入第二控制器；直流侧LC滤波器的直流输出电压Vo与相比较，如果则第二控制器输出实际的结果，如果则第二控制器的输出结果清零；S4、将S2获取的电流参考幅值im*与S3的第二控制器的输出结果相减，获得第一桥...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴凤江，王贵忠，侯英伟，李洪波，张国庆，于文斌，郭志忠，
申请(专利权)人：哈工大张家口工业技术研究院，哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：河北,13