一种三相双有源桥直流变换器控制系统及控制方法技术方案

一种三相双有源桥直流变换器控制系统，属于电力电子技术领域，解决单闭环比例积分调节器对输出负载发生阶跃变化时响应慢的问题，包括前级三相H桥式逆变器、后级三相H桥式整流器、三个单相高频变压器，三个移相电感，三个单相高频变压器的绕组按照Y‑Y形的连接方式，连接前级三相H桥式逆变器与后级三相H桥式整流器，三个移相电感分别串联在前级三相H桥式逆变器与单相高频变压器之间；还包括功率开关管驱动系统以及负载前馈补偿系统；实现了变换器在参考电压与输出负载发生阶跃变化时输出电压偏差的最小化；控制方法能够实现输出电压的快速稳定与精确调节；加入死区补偿控制后，提高了变换器在移相调制下功率传输的精度。

Control system and control method of three phase double active bridge DC / DC converter

【技术实现步骤摘要】
一种三相双有源桥直流变换器控制系统及控制方法
本专利技术属于电力电子
，涉及一种三相双有源桥直流变换器控制系统及控制方法。
技术介绍
三相双有源桥直流变换器因具有输入与输出隔离、适合大功率应用、可靠性高、ZVS软开关、功率密度高、功率可双向流动等优良特性而广泛应用于大功率、高电压电力系统中，三相双有源桥直流变换器的动态性能是该领域研究的热点。在负载或参考电压发生扰动时，快速的动态响应既可以减少瞬态输出电压偏差，又可以使输出直流总线电容变小，实现了尺寸和重量的减少，提高功率密度。关于提高三相双有源桥直流变换器的动态性能，虽然利用简单的单闭环比例积分调节器能获得出色的参考电压阶跃响应，但是单闭环比例积分调节器对输出负载发生阶跃变化时的响应比参考电压阶跃变化时的响应要慢得多，这是因为单闭环比例积分调节器只能响应由输出负载电流变化引起的电压误差。现有技术中，申请公布号为CN106033932A的中国专利技术专利申请《三相双有源桥式直流变换器的瞬时电流控制方法》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。虽然上述中国专利技术专利申请降低了因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。但是上述中国专利技术专利申请未能解决单闭环比例积分调节器对输出负载发生阶跃变化时的响应比参考电压阶跃变化时的响应要慢得多的问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于如何解决单闭环比例积分调节器对输出负载发生阶跃变化时的响应比参考电压阶跃变化时的响应慢的问题。本专利技术是通过以下技术方案解决上述技术问题的。一种三相双有源桥直流变换器控制系统，包括前级三相H桥式逆变器(1)、后级三相H桥式整流器(2)、三个单相高频变压器T，三个移相电感L，所述的三个单相高频变压器T的绕组按照Y-Y形的连接方式，连接前级三相H桥式逆变器(1)与后级三相H桥式整流器(2)，所述的三个移相电感L分别串联在前级三相H桥式逆变器(1)与单相高频变压器T之间；所述的三相双有源桥直流变换器控制系统还包括功率开关管驱动系统以及负载前馈补偿系统。本专利技术的控制系统在单闭环比例积分调节的基础上引入负载前馈补偿系统，实现了变换器在参考电压与输出负载发生阶跃变化时输出电压偏差的最小化。作为本专利技术技术方案的进一步改进，所述的功率开关管驱动系统包括第一减法器(4)、PI调节器(6)、第一加法器(7)、移相调制器(8)，驱动信号产生器(9)；所述的负载前馈补偿系统包括负载前馈补偿器(5)；所述的第一减法器(4)将采集到的系统输出直流电压V2与给定输出电压参考值Vref作差得到输出电压误差信号Δv，将输出电压误差信号Δv输入到PI调节器得到需要调整的移相角δc；负载前馈补偿器(5)对采集到的系统输入直流电压V1以及采集到的系统输出负载电流Iload进行计算得到前馈补偿的移相角指令值δFF；所述的第一加法器(7)将输入的前馈补偿的移相角指令值δFF与需要调整的移相角δc相加得到有效移相角δ，即δ＝δc+δFF；将有效移相角δ送入移相调制器得到功率开关管驱动信号，从而实现三相双有源桥直流变换器控制系统负载的快速、精确响应。作为本专利技术技术方案的进一步改进，所述的负载前馈补偿器(5)对采集到的系统输入直流电压V1以及采集到的系统输出负载电流Iload进行计算得到前馈补偿的移相角指令值δFF的方法如下：当前馈补偿的移相角指令值δFF在变化时，随着前馈补偿的移相角指令值δFF的增大，传输功率Po增大。当前馈补偿的移相角指令值δFF在变化时，随着前馈补偿的移相角指令值δFF的增大，传输功率Po先增大后减小，且传输功率Po在前馈补偿的移相角指令值δFF为时达到最大值。则Po的计算公式为：Po与Iload关系为：Po＝V2Iload公式(2)由公式(1)和公式(2)得到Iload与δFF的关系如下：其中，Po为传输功率，V1为输入直流电压，V2为输出直流电压，N为高变压器的匝比，ω为功率器件开关频率，L为移相电感，Iload为输出负载电流，δFF为前馈补偿的移相角指令值。作为本专利技术技术方案的进一步改进，所述的负载前馈补偿系统还包括第二减法器(9)、死区补偿器(10)；所述的死区补偿器(10)产生死区补偿的移相角指令值δdb；所述的第二减法器(9)将前馈补偿的移相角指令值δFF与死区补偿的移相角指令值δdb作差得到δFF-δdb，将δFF-δdb送入第一加法器(7)与需要调整的移相角δc相加得到有效移相角δ，即δ＝δc+δFF-δdb。作为本专利技术技术方案的进一步改进，所述的死区补偿器(10)产生死区补偿的移相角指令值δdb，是通过分析死区时间因素的三相双有源桥直流变换器的工作模态，得到的死区补偿的移相角指令值δdb的计算公式：其中，δs为相电流在开关管从进入死区开始至相电流等于零经过的时间所对应的角度；δDT为开关管的死区时间所对应的角度。一种三相双有源桥直流变换器控制方法，应用于实施例一所述的控制系统，所述的控制方法包括以下步骤：S11：计算需要调整的移相角，具体为：第一减法器(4)将采集到的系统输出直流电压V2与给定输出电压参考值Vref作差得到输出电压误差信号Δv，将输出电压误差信号Δv输入到PI调节器得到需要调整的移相角δc。S12：前馈补偿，具体为：负载前馈补偿器(5)对采集到的系统输入直流电压V1以及采集到的系统输出负载电流Iload进行计算得到前馈补偿的移相角指令值δFF。S13：移相调制，具体为：第一加法器(7)将输入的前馈补偿的移相角指令值δFF与需要调整的移相角δc相加得到有效移相角δ，即δ＝δc+δFF；将有效移相角δ送入移相调制器得到功率开关管驱动信号，从而实现三相双有源桥直流变换器控制系统负载的快速、精确响应。一种三相双有源桥直流变换器控制方法，应用于实施例二所述的控制系统，所述的控制方法包括以下步骤：S21：计算需要调整的移相角，具体为：第一减法器(4)将采集到的系统输出直流电压V2与给定输出电压参考值Vref作差得到输出电压误差信号Δv，将输出电压误差信号Δv输入到PI调节器得到需要调整的移相角δc。S22：前馈补偿，具体为：负载前馈补偿器(5)对采集到的系统输入直流电压V1以及采集到的系统输出负载电流Iload进行计算得到前馈补偿的移相角指令值δFF。S23：死区补偿，具体为：死区补偿器(10)产生死区补偿的移相角指令值δdb；第二减法器(9)将前馈补偿的移相角指令值δFF与死区补偿的移相角指本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三相双有源桥直流变换器控制系统，其特征在于，包括前级三相H桥式逆变器(1)、后级三相H桥式整流器(2)、三个单相高频变压器T，三个移相电感L，所述的三个单相高频变压器T的绕组按照Y-Y形的连接方式，连接前级三相H桥式逆变器(1)与后级三相H桥式整流器(2)，所述的三个移相电感L分别串联在前级三相H桥式逆变器(1)与单相高频变压器T之间；所述的三相双有源桥直流变换器控制系统还包括功率开关管驱动系统以及负载前馈补偿系统。/n

【技术特征摘要】
1.一种三相双有源桥直流变换器控制系统，其特征在于，包括前级三相H桥式逆变器(1)、后级三相H桥式整流器(2)、三个单相高频变压器T，三个移相电感L，所述的三个单相高频变压器T的绕组按照Y-Y形的连接方式，连接前级三相H桥式逆变器(1)与后级三相H桥式整流器(2)，所述的三个移相电感L分别串联在前级三相H桥式逆变器(1)与单相高频变压器T之间；所述的三相双有源桥直流变换器控制系统还包括功率开关管驱动系统以及负载前馈补偿系统。


2.根据权利要求1所述的一种三相双有源桥直流变换器控制系统，其特征在于，所述的功率开关管驱动系统包括第一减法器(4)、PI调节器(6)、第一加法器(7)、移相调制器(8)，驱动信号产生器(9)；所述的负载前馈补偿系统包括负载前馈补偿器(5)；所述的第一减法器(4)将采集到的系统输出直流电压V2与给定输出电压参考值Vref作差得到输出电压误差信号Δv，将输出电压误差信号Δv输入到PI调节器得到需要调整的移相角δc；负载前馈补偿器(5)对采集到的系统输入直流电压V1以及采集到的系统输出负载电流Iload进行计算得到前馈补偿的移相角指令值δFF；所述的第一加法器(7)将输入的前馈补偿的移相角指令值δFF与需要调整的移相角δc相加得到有效移相角δ，即δ＝δc+δFF；将有效移相角δ送入移相调制器得到功率开关管驱动信号，从而实现三相双有源桥直流变换器控制系统负载的快速、精确响应。


3.根据权利要求2所述的一种三相双有源桥直流变换器控制系统，其特征在于，所述的负载前馈补偿器(5)对采集到的系统输入直流电压V1以及采集到的系统输出负载电流Iload进行计算得到前馈补偿的移相角指令值δFF的方法如下：
当前馈补偿的移相角指令值δFF在变化时，随着前馈补偿的移相角指令值δFF的增大，传输功率Po增大；
当前馈补偿的移相角指令值δFF在变化时，随着前馈补偿的移相角指令值δFF的增大，传输功率Po先增大后减小，且传输功率Po在前馈补偿的移相角指令值δFF为时达到最大值；
则Po的计算公式为：



Po与Iload关系为：
Po＝V2Iload公式(2)
由公式(1)和公式(2)得到Iload与δFF的关系如下：



其中，Po为传输功率，V1为输入直流电压，V2为输出直流电压，N为高变压器的匝比，ω为功率器件开关频率，L为移相电感，Iload为输出负载电流，δFF为前馈补偿的移相角指令值。


4.根据权利要求3所述的一种三相双有源桥直流变换器控制系统，其特征在于，所述的负载前馈补偿系统还包括第二减法器(9)、死区补偿器(10)；所述的死区补偿器(10)产生死区补偿的移相角指令值δdb；所述的第二减法器(9...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐德平，
申请(专利权)人：合肥科威尔电源系统股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34