一种交直流混合配电网的LLC系统及其谐振参数计算方法技术方案

本发明专利技术公开了一种交直流混合配电网的LLC系统及其谐振参数计算方法，属于配电控制技术领域。所述多LLC并联模块的高压侧采用全控整流桥，高压侧接电容Cin实现稳压，低压侧采用对称全控逆变桥，所述LLC控制电路包括与LLC模块、非线性电源负载连接的电压、电流传感器，所述电压传感器输入端接高压侧直流母线电源侧，输出端通过数模转换器、检测电路与主控CPU连接；所述电流传感器的输入端分别接高压侧直流母线、低压侧非线性电源负载与高压侧谐振电感，输出侧通过数模转换器、检测电路与主控CPU连接，所述主控CPU与驱动电路相连。利用LLC系统精确计算谐振参数的方法，构建精确电路等效模型；确定谐振参数解空间与初始解。

A LLC system of AC-DC hybrid distribution network and its resonant parameter calculation method

The invention discloses a LLC system of an AC-DC hybrid distribution network and a calculation method of its resonance parameter, belonging to the technical field of distribution control. The high voltage side of the multi LLC parallel module adopts the full control rectifier bridge, the high voltage side is connected with the capacitor CIN to realize voltage stabilization, and the low voltage side adopts the symmetrical full control inverter bridge. The LLC control circuit includes the voltage and current sensors connected with the LLC module and the nonlinear power load. The input terminal of the voltage sensor is connected with the DC bus power side of the high voltage side, and the output terminal is connected with the The input end of the current sensor is respectively connected with the DC bus at the high voltage side, the nonlinear power load at the low voltage side and the resonance inductance at the high voltage side, the output side is connected with the main control CPU through the digital to analog converter and the detection circuit, and the main control CPU is connected with the drive circuit. By using the method of LLC system to calculate the resonance parameters accurately, the exact circuit equivalent model is constructed, and the solution space and initial solution of resonance parameters are determined.

【技术实现步骤摘要】
一种交直流混合配电网的LLC系统及其谐振参数计算方法
本专利技术属于配电控制

技术介绍
近年来，我国铁路系统的技术升级提出了新需求。铁路配电系统是铁路沿线除牵引外其他负荷的供电电源，传统铁路配电系统通过外部35kV或10kV电力系统取电，由于线路自身原因，向电网注入较多无功和谐波成分，对电网电能质量存在一定的影响。新型铁路智能配电系统在此基础上加入了交直流混合电源系统，LLC变换器作为一种高效的直直变换设备，可以实现系统内直流母线与大功率储能电源的电能转换，逐渐成为工程领域争相研究的热门方案。因此，在LLC的结构及实现方面展开深入研究，对LLC的推广应用有一定的积极意义。有学者提出一种基波近似的谐振参数分析计算方法，忽略高次谐波，只考虑基波分量构建LLC系统等效模型，并根据工程经验值计算谐振参数与直流增益曲线，这种分析计算方法已经在UPS不间断电源、LED驱动电源等小功率电力电子应用场合得到了广泛应用。这种方法将变压器高压侧开关网络等效为理想交流电源，变压器低压侧开关网络等效为理想阻感负载。在等效的过程中，部分参数对能量传输的影响被忽略，导致计算所得谐振参数的直流增益与理想值有偏差，大大降低了LLC系统的传输电压精度及准确性，增大了LLC系统控制部分的难度，也限制了LLC系统在大功率工业场合的推广应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种交直流混合配电网的LLC系统，它能有效地解决系统内寄生参数对LLC系统等效模型精度影响的技术问题。本专利技术的另一目的是提供一种LLC系统谐振参数计算方法，它能有效地解决影响LLC系统等效模型精度计算的技术问题。本专利技术的第一个目的是通过以下技术方案来实现，一种交直流混合配电网的LLC系统，包括非线性电源负载、多LLC并联模块及其控制电路；所述非线性电源负载采用蓄电池作为储能装置，通过开关K0、K1和电阻R0实现软启动保护；所述多LLC并联模块的高压侧采用全控整流桥，高压侧接电容Cin实现稳压，谐振电路采用谐振电容C1-Cn、谐振电感L1-Ln、励磁电感Lm1-Lmn、中高频变压器MFT，低压侧采用对称全控逆变桥，并利用低压侧电容Co稳压；所述LLC控制电路包括与LLC模块、非线性电源负载连接的电压、电流传感器，所述电压传感器输入端接高压侧直流母线电源侧，输出端通过数模转换器、检测电路与主控CPU连接；所述电流传感器的输入端分别接高压侧直流母线、低压侧非线性电源负载与高压侧谐振电感，输出侧通过数模转换器、检测电路与主控CPU连接，所述主控CPU与驱动电路相连。所述主控CPU采用FPGAEP4CH14F7。所述主控CPU与驱动电路相连，驱动电路输出开关信号G1-G8，与全控整流器和全控逆变器的各个功率开关器件相连。所述一种交直流混合配电网的LLC系统的功能实现需要通过谐振参数计算与控制来实现。本专利技术的第二个目的是通过以下技术方案来实现，一种LLC系统谐振参数计算方法，所述LLC系统的电路结构为交直流混合配电网的LLC系统，其谐振参数计算方法步骤如下：步骤1：采用电压电流传感器、LCR测量仪采集LLC系统输入侧直流电压、器件自身参数，构建考虑器件自身参数的精确电路等效模型；将单模块LLC系统高压侧的全控整流桥等效为AC电源，低压侧的全控逆变桥等效为两个等效电阻负载Reqs和Req；步骤2：根据步骤1所述的精确电路等效模型，确定谐振参数解空间R与初始解空间R1-R20；步骤2.1：精确电路等效模型将等效电路的输入侧与输出侧的电压相除，得到等效电路的电压增益M，如式(1)中所示：式(1)中M为电压增益，Req为等效储能负载，s为拉普拉斯算子，L1为谐振电感，RL1为谐振电感电阻，RLm1为励磁电感电阻，Lm1为励磁电感，Rs和Reqs为等效开关负载，RC1为谐振电容电阻，C1为谐振电容，Cs为开关器件寄生电容。步骤2.2：解空间与初始解空间解空间R包含谐振电容C1、谐振电感L1、励磁电感Lm1、励磁电阻RLm1、谐振电容电阻RC1、谐振电感电阻RL1、开关器件寄生电容Cs、等效储能负载Req、等效开关负载Rs和Reqs；初始解空间中的谐振电容C1、谐振电感L1、励磁电感Lm1由传统计算方法得到，初始解空间的其余参数采用固定参数；计算过程如下：首先计算特征阻抗Z如式(2)所示：Z＝Q·Req(2)式(2)中Q为LLC系统品质因数，为工程经验常数，通常取0.8左右，其次计算谐振电容C1、谐振电感L1、励磁电感Lm1；如式(3)-(5)所示，k始终为电感系数，工程经验取4左右，fr为开关频率，为系统构建时确定的指标；Lm1＝k·L1(5)通过上述方法，得到初始解空间R1-R20；步骤3：将步骤2中所计算的初始解空间，代入小变量扰动的迭代求解算法；对初始解空间中部分变量进行随机小变量扰动，根据增益优化判据确定扰动后的变化方向，根据增益稳定性判据确定扰动后结果的适用性，迭代多次直至变化方向稳定后输出最终解；将初始解空间代入小变量扰动的迭代求解算法的具体方式为：步骤3.1：定义小信号扰动的精确谐振参数计算方法中代价函数fi：式(6)中，M1-M20为代入初始解下电压增益，Mref为电压增益的理想值,i为求解的数量，取20，计算结果为f1-f20；步骤3.2：进行一次小信号扰动的迭代求解通过对解空间R内任意一个变量δ的扰动量产生新解R’1-R’20，并计算相应的电压增益M’1-M’20和代价函数f’1-f’20:计算扰动后代价函数fi‘和代价函数差△fi：Δfi＝fi'-fi(8)步骤3.3：小信号扰动迭代求解判据将扰动后产生的增益与扰动前产生的增益进行对比，采用增益优化对其进行筛选，当△f<0时接受新解，反之则以新解与当前解的目标函数差定义接受概率：其中，P为新解的接受概率，T为某次扰动下的扰动指数，初始为接近无穷大的常数，该变量随求解过程逐渐降低，并决定了算法是否结束，e为自然指数，通常取2.718。将此时解空间全部参数代入模型中，得到开关频率范围的最小值fmin，与LLC系统第二谐振频率fm比较，作为增益稳定性判据，确定扰动后结果的适用性：式(10)中，P’为新解的二次接受概率。若T>Tref，Tref为LLC系统设定的扰动指数参考值，设置为常数0.01，扰动指数较高，迭代算法求解未结束，重复步骤3.2；若T<Tref，温度较低，迭代算法结束，CPU对外输出当前谐振参数解。本专利技术的有益效果是：一种交直流混合配电网的LLC系统及其谐振参数计算方法，适用于铁路供电
在传统模型的基础上，建立了考虑电路自身特性的精确电路等效模型，并推导出相应的直流增益函数，提高了模型的精确程度；结合传统谐振参数求解方法，采用小信号扰动法对谐振参数进行精确求解。在提高了负载供电可靠性的同时，也显著提高了系统的输本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种交直流混合配电网的LLC系统，包括非线性电源负载、多LLC并联模块及其控制电路；所述非线性电源负载采用蓄电池作为储能装置，通过开关K

【技术特征摘要】
1.一种交直流混合配电网的LLC系统，包括非线性电源负载、多LLC并联模块及其控制电路；所述非线性电源负载采用蓄电池作为储能装置，通过开关K0、K1和电阻R0实现软启动保护；所述多LLC并联模块的高压侧采用全控整流桥，高压侧接电容Cin实现稳压，谐振电路采用谐振电容C1-Cn、谐振电感L1-Ln、励磁电感Lm1-Lmn、中高频变压器MFT，低压侧采用对称全控逆变桥，并利用低压侧电容Co稳压；所述LLC控制电路包括与LLC模块、非线性电源负载连接的电压、电流传感器，所述电压传感器输入端接高压侧直流母线电源侧，输出端通过数模转换器、检测电路与主控CPU连接；所述电流传感器的输入端分别接高压侧直流母线、低压侧非线性电源负载与高压侧谐振电感，输出侧通过数模转换器、检测电路与主控CPU连接，所述主控CPU与驱动电路相连。


2.根据权利要求1所述的一种交直流混合配电网的LLC系统，其特征在于，所述主控CPU采用FPGAEP4CH14F7。


3.一种LLC系统谐振参数计算方法，具体包括以下步骤：
步骤1：采用电压电流传感器、LCR测量仪采集LLC系统输入侧直流电压、器件自身参数，构建考虑器件自身参数的精确电路等效模型；；将单模块LLC系统高压侧的全控整流桥等效为AC电源，低压侧的全控逆变桥等效为两个等效电阻负载Reqs和Req；
步骤2：根据步骤1所述的精确电路等效模型，确定谐振参数解空间R与初始解空间R1-R20；步骤2.1：精确电路等效模型
将等效电路的输入侧与输出侧的电压相除，得到等效电路的电压增益M，如式(1)中所示：



式(1)中M为电压增益，Req为等效储能负载，s为拉普拉斯算子，L1为谐振电感，RL1为谐振电感电阻，RLm1为励磁电感电阻，Lm1为励磁电感，Rs和Reqs为等效开关负载，RC1为谐振电容电阻，C1为谐振电容，Cs为开关器件寄生电容；
步骤2.2：解空间与初始解空间
解空间R包含谐振电容C1、谐振电感L1、励磁电感Lm1、励磁电阻RLm1、谐振电容电阻RC1、谐振电感电阻RL1、开关器件寄生电容Cs、等效储能负载Req、等效开关负载Rs和Reqs；初始解空间中的谐振电容C1、谐振电感L1、励磁电感Lm1由传统计算方法得到，初始解空间的其余参数采用固定参数；计算过程如下，首先计算特征阻抗Z如式...

【专利技术属性】
技术研发人员：何晓琼，赵智钦，余昊伦，韩鹏程，舒泽亮，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51