能源路由器直流电压转换电路的设计方法技术

一种能源路由器直流电压转换电路的设计方法，该设计方法有助于揭示能源路由器直流电压转换‑‑双有源桥变换器的物理本质，便于对不同工作模式的控制‑输出动力学进行综合推导、分析和简化，从而避免控制所需的繁琐的数值计算。本发明专利技术设计的直流电压转换电路，适用于基于扩展移相调制、单移相调制、双重移相调制和三重移相调制的能源路由器的直流电压转换电路。本发明专利技术计算简单、模型精度高、易于实际工程应用，大大提高了能源路由器直流电压转换的设计效率，而且减少了电流损耗、提高了直流电压转换效率。

【技术实现步骤摘要】
能源路由器直流电压转换电路的设计方法
本专利技术涉及能源路由器直流电压转换电路，特别是一种能源路由器直流电压转换电路的设计方法。
技术介绍
随着电力电子技术的发展，高频隔离功率转换技术将越来越多的应用到电网中，成为实现电网中快速灵活控制的重要手段。基于移相调制技术的能源路由器直流电压转换单元，即双有源全桥(DualActiveBridge，简称为DAB)变换器具有功率密度高、动态响应快、容易实现软开关、功率能双向流动等优点，在不间断电源、电动汽车、固态变压器等场合广受欢迎。常见的DAB变换器调制方式为移相调制，在高频变压器的原边端口和副边端口产生具有相对相移的电压方波，同时通过控制原边和副边两个全桥电路斜对角开关器件驱动的相对相移，改变电压方波的占空比，从而调节流经变换器的功率。根据控制变量的选择，常见的DAB变换器的调制方式有：单移相调制(Singlephaseshiftmodulation,SPSM)、双重移相调制(Dualphaseshiftmodulation,DPSM)、扩展移相调制(Extendedphaseshiftmodulation,EPSM)和三重移相调制(Triplephaseshiftmodulation,TPSM)等。其中扩展移相调制具有功率密度高、动态响应快、容易实现软开关、原副边电气隔离、功率能双向流动等优点，在不间断电源、电动汽车、固态变压器等场合广受欢迎。然而，对于能源路由器直流电压转换电路而言，由于控制变量多，设计非常复杂，如何为研发、设计工程师提供一个直观的设计方法，提高设计效率，是实现其优化、高效运行的关键。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种能源路由器直流电压转换电路的设计方法。该方法建立其等效电路，将数学模型和电路模型进行统一，揭示了能源路由器直流电压转换单元的物理本质，易于实际应用。本专利技术的技术解决方案如下：一种能源路由器直流电压转换电路的设计方法，该方法包括下列步骤：1)绘制能源路由器直流电压转换电路图所述的能源路由器直流电压转换电路由输入直流电压源vin、原边单相全桥H1、副边单相全桥H2、高频隔离变压器、高频电感Ls和等效电路组成，所述的原边单相全桥H1的4个全控开关器件为S1～S4，副边单相全桥H2的四个全控开关器件为Q1～Q4；所述的原边单相全桥的直流母线的正极与对应直流电压源的正极相连，原边单相全桥的直流母线的负极与对应的直流电压源的负极相连，原边单相全桥的交流侧通过高频电感Ls与所述的高频隔离变压器的原边相连；所述的副边单相全桥的直流母线正极与对应直流负载的正极相连，副边单相全桥的直流母线的负极与对应的直流负载的负极相连，副边单相全桥的交流侧与高频隔离变压器副边相连，所述的高频隔离变压器的变比为n:1；2)绘制能源路由器直流电压转换电路的等效电路：所述的等效电路包括电压源vin、vl,v2、vo,v3，电流源iin,v1、iin,v2、io,v1、il,i3，以及无源Ls、Res、Co、RL；其中，输入等效电路由vin、iin,v1、iin,v2并联构成；输出等效电路由io,v1、il,i3、Co、RL并联构成；辅助扰动传播路径等效电路由vl,v2、vo,v3、Ls、Res串联组成；上述等效电路中，vin为能源路由器直流电压转换电路输入直流电压源，vo为输出电压；iL为高频变压器原边电流；3)通过下列关系式确定所述的能源路由器直流电压转换电路各元部件的参数：所述的能源路由器直流电压转换电路有2种工作模式：模式1(0≤D1≤D0≤1)和模式2(0≤D0≤D1≤1)，其中D0是原边单相全桥H1与副边单相全桥H2之间的移相占空比，D1是原边单相全桥H1两桥臂之间的移相占空比，副边单相全桥H2两桥臂之间的移相占空比D2维持在0.5；上述等效电路中，其iin,v1、iin,v2、io,v1、il,i3、vl,v2、vo,v3与vin、vo、iL之间的关系如下：其中，Ls是高频变压器的漏感和等效电路中的电感值，T为二分之一开关周期，其与开关频率fs之间满足2T×fs＝1；模式1下，扩展移相调制双有源桥变换器状态方程如下：上述式子中，[iL,vo]T是状态变量，AM1,j与BM1,j是模式1下的状态矩阵，下标j＝1～6，表示对应的第j个子状态；模式2下，能源路由器直流电压转换电路状态方程如下：其中，AM2,j与BM2,j是模式2下的状态矩阵，下标j＝1～6；4)将选定的元部件按所述的直流电压转换电路安装即可。所述的直流电压转换电路，适用于基于扩展移相调制、单移相调制、双重移相调制和三重移相调制的能源路由器的直流电压转换电路。与现有技术相比，本专利技术的特点如下：1.本专利技术直流电压转换电路，适用于基于扩展移相调制、单移相调制、双重移相调制和三重移相调制的能源路由器的直流电压转换电路。2.便于工程设计、实施，大大提高了设计效率。3.减少了电流损耗，提高了直流电压转换效率。附图说明图1是本专利技术能源路由器直流电压转换电路的系统拓扑与等效电路图。图2是本专利技术能源路由器直流电压转换电路模式1下等效电路的控制框图。图3是本专利技术能源路由器直流电压转换电路模式2下等效电路的控制框图。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步说明，但不应以此限制本专利技术的保护范围。先请参阅图1，图1是本专利技术能源路由器直流电压转换的系统拓扑等效电路图，为设计人员提供了1个直观的扩展移相调制的能源路由器直流电压转换的等效模型，便于设计，该模型适用于变换器整个工作范围，在0～1范围内可任意给定D0和D1。一种能源路由器直流电压转换电路的制备方法，该方法包括下列步骤：1)绘制基于扩展移相调制能源路由器直流电压转换电路图本专利技术所述的能源路由器的直流电压转换电路(双有源桥变换器)由输入直流电压源vin、原边单相全桥H1、副边单相全桥H2、高频隔离变压器、高频电感Ls和等效电路组成，所述的原边单相全桥H1的4个全控开关器件为S1～S4，副边单相全桥H2的四个全控开关器件为Q1～Q4；所述的原边单相全桥的直流母线的正极与对应直流电压源的正极相连，原边单相全桥的直流母线的负极与对应的直流电压源的负极相连，原边单相全桥的交流侧通过高频电感Ls与所述的高频隔离变压器的原边相连；所述的副边单相全桥的直流母线正极与对应直流负载的正极相连，副边单相全桥的直流母线的负极与对应的直流负载的负极相连，副边单相全桥的交流侧与高频隔离变压器副边相连，所述的高频隔离变压器的变比为n:1；2)绘制本专利技术基于扩展移相调制能源路由器直流电压转换电路的等效电路：所述的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种能源路由器直流电压转换电路的设计方法，其特征在于该方法包括下列步骤：/n1)绘制能源路由器直流电压转换电路图/n所述的能源路由器直流电压转换电路(双有源桥变换器)由输入直流电压源(v

【技术特征摘要】
1.一种能源路由器直流电压转换电路的设计方法，其特征在于该方法包括下列步骤：
1)绘制能源路由器直流电压转换电路图
所述的能源路由器直流电压转换电路(双有源桥变换器)由输入直流电压源(vin)、原边单相全桥(H1)、副边单相全桥(H2)、高频隔离变压器、高频电感(Ls)和等效电路组成，所述的原边单相全桥(H1)的4个全控开关器件(S1～S4)，副边单相全桥(H2)的四个全控开关器件(Q1～Q4)；所述的原边单相全桥的直流母线的正极与对应直流电压源的正极相连，原边单相全桥的直流母线的负极与对应的直流电压源的负极相连，原边单相全桥的交流侧通过高频电感(Ls)与所述的高频隔离变压器的原边相连；所述的副边单相全桥的直流母线正极与对应直流负载的正极相连，副边单相全桥的直流母线的负极与对应的直流负载的负极相连，副边单相全桥的交流侧与高频隔离变压器副边相连，所述的高频隔离变压器的变比为n:1；
2)绘制能源路由器直流电压转换电路的等效电路：
所述的等效电路包括电压源vin、vl,v2、vo,v3，电流源iin,v1、iin,v2、io,v1、il,i3，以及无源Ls、Res、Co、RL；其中，输入等效电路由vin、iin,v1、iin,v2并联构成；输出等效电路由io,v1、il,i3、Co、RL并联构成；辅助扰动传播路径等效电路由vl,v2、vo,v3、Ls、Res串联组成；
上述等效电路中，vin为能源路由器直流电压转换电路输入直流电压源，vo为输出电压；iL为高频变压器原边电流；
3)通过下列关系式确定所述的能源路由器直流电压转换电路各元部件的参数：
所述的能源路由器直流电压转换电路有2种工作模式：
模式1(0≤D1≤D0...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国杰，童安平，汪可友，
申请(专利权)人：上海交通大学，国网上海市电力公司，
类型：发明
国别省市：上海;31