基于最小电流应力的双向变换器优化控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例涉及一种基于最小电流应力的双向变换器优化控制方法及装置，通过求解得到双向变换器在最小谐振电感电流下的输入内移相角、输出内移相角和外移相角对双向变换器进行控制运行，不仅能够改善双向变换器在移相控制时由于输入输出电压不匹配时造成的较大谐振电感电流和效率低等缺陷，在全功率范围和全变压比范围内均能有效减小变换器的谐振电感电流，提高整个变换器的效率及性能，解决了现有DAB变换器在电压不匹配运行工况下，采用传统移相控制方式时变换器的电流应力大，增加变换器的损耗致使效率降低的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
基于最小电流应力的双向变换器优化控制方法及装置
本专利技术涉及变换器
，尤其涉及一种基于最小电流应力的双向变换器优化控制方法及装置。
技术介绍
随着直流输电技术的快速发展，作为高压输电和低压直流配电网的中间环节，中压直流配网受到越来越多的关注。在中压直流配电网中，需要采用高频隔离双向直流变换器作为互联装置，用于实现电气隔离、电压变换以及功率的双向流动。DAB变换器具有高功率密度、能实现功率的双向传输，易于实现软开关和模块化等特点，被广泛应用于双向隔离变换领域。近年来，关于DAB变换器的性能优化，不管是对DAB变换器中的软开关范围的扩展，还对DAB变换器中的电流应力的减小以及谐振电感电流的减小进行优化，在优化过程中主要是基于DAB变换器的线性建立分段时域模型，这个分段时域模型能够准确的界定各个工作模态的边界条件，求解各个工作模式下的系统传输功率、谐振电感电流。当DAB变换器的控制策略或者控制自由度发生变化时，变换器的分段时域模型也将随之变化，而针对特定控制策略建立的分段时域模型将不再适用，并且随着DAB变换器可控自由度数量的增加，分段时域模型在不同分段的时域分析过程将更复杂。因此现有对求解DAB变换器在工作模式下的谐振电感电流、传输功率优化方式存在系统复杂且适用性差。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种基于最小电流应力的双向变换器优化控制方法及装置，用于解决现有DAB变换器在电压不匹配运行工况下，采用传统移相控制方式时变换器的电流应力大，增加变换器的损耗致使效率降低的技术问题。<br>为了实现上述目的，本专利技术实施例提供如下技术方案：一种基于最小电流应力的双向变换器优化控制方法，包括以下步骤：S1.根据双向变换器的输入电压、输出电压和变换器匝数比计算得到双向变换器的变压比；S2.根据所述双向变换器的输入电压、输出电压、输出电流、谐振电感、变换器匝数比、开关频率计算得到所述双向变换器标幺化的传输功率；S3.基于所述双向变换器处于最小电流应力状态下，根据所述变压比、所述变换器匝数比和所述传输功率计算得到所述双向变换器的输入内移相角和输出内移相角；以及采用PI控制器调节所述双向变换器的所述输出电压稳定输出，得到所述双向变换器的外移相角；S4.将所述输入内移相角、所述输出内移相角和所述外移相角输入驱动生成模块控制所述双向变换器中开关器件的通断；其中，在步骤S3中，计算所述双向变换器的输入内移相角和输出内移相角的公式为：式中，α为输入内移相角，β为输出内移相角，k为变压比，p0为传输功率，N为变换器匝数比。优选地，计算所述双向变换器的输入内移相角和输出内移相角具体步骤包括：S31.获取所述双向变换器标幺值的传输功率基波分量和谐振电感电流基波分量；S32.采用拉格朗日乘数法建立基于所述传输功率基波分量和所述谐振电感电流基波分量的拉格朗日方程，并对所述拉格朗日方程中的三个移相角进行求偏导数，得到三个移相角的导数式；S33.根据约束条件对所述导数式进行求解，得到所述双向变换器的输入内移相角和输出内移相角的公式；其中，所述拉格朗日方程为：三个移相角的所述导数式为：所述约束条件为：式中，为双向变换器输入端与输出端电压中点之间的移相角，α为输入内移相角，β为输出内移相角，k为变压比，p0为传输功率，N为变换器匝数比，为传输功率基波分量，为谐振电感电流基波分量，为拉格朗日函数，λ为拉格朗日系数。优选地，在步骤S3中，采用PI控制器调节所述双向变换器的所述输出电压稳定输出具体包括：将所述输出电压与所述双向变换器指令电压之间的差值经过所述PI控制器按照所述外移相角调节控制，使得所述输出电压等于所述指令电压。优选地，所述驱动生成模块采用2SP0320x2Ax型号的控制芯片控制所述双向变换器中开关器件的通断。本专利技术还提供一种基于最小电流应力的双向变换器优化控制装置，包括变压比计算模块和传输功率计算模块，还包括优化移相角计算模块和控制模块；所述变压比计算模块，用于根据双向变换器的输入电压、输出电压和变换器匝数比计算所述双向变换器的变压比；所述传输功率计算模块，用于根据所述双向变换器的输入电压、输出电压、输出电流、谐振电感、变换器匝数比、开关频率计算得到所述双向变换器标幺化的传输功率；所述优化移相角计算模块，用于基于所述双向变换器处于最小电流应力状态下，根据所述变压比、所述变换器匝数比和所述传输功率计算得到所述双向变换器的输入内移相角和输出内移相角；以及采用PI控制器调节所述双向变换器的所述输出电压稳定输出，得到所述双向变换器的外移相角；所述控制模块，用于根据所述输入内移相角、所述输出内移相角和所述外移相角控制所述双向变换器中开关器件的通断；其中，计算所述双向变换器的输入内移相角和输出内移相角的公式为：式中，α为输入内移相角，β为输出内移相角，k为变压比，p0为传输功率，N为变换器匝数比。优选地，所述优化移相角计算模块包括获取功率基波分量子模块、求导计算子模块和移相角计算子模块；所述获取功率基波分量子模块，用于获取所述双向变换器标幺值的传输功率基波分量和谐振电感电流基波分量所述求导计算子模块，用于采用拉格朗日乘数法建立基于所述传输功率基波分量和所述谐振电感电流基波分量的拉格朗日方程，并对所述拉格朗日方程中的三个移相角进行求偏导数，得到三个移相角的导数式；所述移相角计算子模块，用于根据约束条件对所述导数式进行求解，得到所述双向变换器的输入内移相角和输出内移相角的公式；其中，所述拉格朗日方程为：三个移相角的所述导数式为：所述约束条件为：式中，为双向变换器输入端与输出端电压中点之间的移相角，α为输入内移相角，β为输出内移相角，k为变压比，p0为传输功率，N为变换器匝数比，为传输功率基波分量，为谐振电感电流基波分量，为拉格朗日函数，λ为拉格朗日系数。优选地，所述控制模块还用于将所述输出电压与所述双向变换器指令电压之间的差值经过所述PI控制器按照所述外移相角调节控制，使得所述输出电压等于所述指令电压。优选地，所述控制模块采用2SP0320x2Ax型号的控制芯片形成的驱动生成模块控制所述双向变换器中开关器件的通断。本专利技术还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机存储介质用于存储计算机指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述所述的基于最小电流应力的双向变换器优化控制方法。本专利技术还提供一种终端设备，包括处理器以及存储器；所述存储器，用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；所述处理器，用于根据所述程序代码中的指令执行上述所述的基于最小电流应力的双向变换器优化控制方法。从以上技术方案可以看出，本专利技术实施例具有以下优点：该基于最小电流应力的双向变换器优化控制方法及装置通过求解得到双向变换器在最本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于最小电流应力的双向变换器优化控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1.根据双向变换器的输入电压、输出电压和变换器匝数比计算得到双向变换器的变压比；/nS2.根据所述双向变换器的输入电压、输出电压、输出电流、谐振电感、变换器匝数比、开关频率计算得到所述双向变换器标幺化的传输功率；/nS3.基于所述双向变换器处于最小电流应力状态下，根据所述变压比、所述变换器匝数比和所述传输功率计算得到所述双向变换器的输入内移相角和输出内移相角；以及采用PI控制器调节所述双向变换器的所述输出电压稳定输出，得到所述双向变换器的外移相角；/nS4.将所述输入内移相角、所述输出内移相角和所述外移相角输入驱动生成模块控制所述双向变换器中开关器件的通断；/n其中，在步骤S3中，计算所述双向变换器的输入内移相角和输出内移相角的公式为：/n

【技术特征摘要】
1.一种基于最小电流应力的双向变换器优化控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.根据双向变换器的输入电压、输出电压和变换器匝数比计算得到双向变换器的变压比；
S2.根据所述双向变换器的输入电压、输出电压、输出电流、谐振电感、变换器匝数比、开关频率计算得到所述双向变换器标幺化的传输功率；
S3.基于所述双向变换器处于最小电流应力状态下，根据所述变压比、所述变换器匝数比和所述传输功率计算得到所述双向变换器的输入内移相角和输出内移相角；以及采用PI控制器调节所述双向变换器的所述输出电压稳定输出，得到所述双向变换器的外移相角；
S4.将所述输入内移相角、所述输出内移相角和所述外移相角输入驱动生成模块控制所述双向变换器中开关器件的通断；
其中，在步骤S3中，计算所述双向变换器的输入内移相角和输出内移相角的公式为：



式中，α为输入内移相角，β为输出内移相角，k为变压比，p0为传输功率，N为变换器匝数比。


2.根据权利要求1所述的基于最小电流应力的双向变换器优化控制方法，其特征在于，计算所述双向变换器的输入内移相角和输出内移相角具体步骤包括：
S31.获取所述双向变换器标幺值的传输功率基波分量和谐振电感电流基波分量；
S32.采用拉格朗日乘数法建立基于所述传输功率基波分量和所述谐振电感电流基波分量的拉格朗日方程，并对所述拉格朗日方程中的三个移相角进行求偏导数，得到三个移相角的导数式；
S33.根据约束条件对所述导数式进行求解，得到所述双向变换器的输入内移相角和输出内移相角的公式；
其中，所述拉格朗日方程为：



三个移相角的所述导数式为：



所述约束条件为：



式中，为双向变换器输入端与输出端电压中点之间的移相角，α为输入内移相角，β为输出内移相角，k为变压比，p0为传输功率，N为变换器匝数比，为传输功率基波分量，为谐振电感电流基波分量，为拉格朗日函数，λ为拉格朗日系数。


3.根据权利要求1所述的基于最小电流应力的双向变换器优化控制方法，其特征在于，在步骤S3中，采用PI控制器调节所述双向变换器的所述输出电压稳定输出具体包括：将所述输出电压与所述双向变换器指令电压之间的差值经过所述PI控制器按照所述外移相角调节控制，使得所述输出电压等于所述指令电压。


4.根据权利要求1所述的基于最小电流应力的双向变换器优化控制方法，其特征在于，所述驱动生成模块采用2SP0320x2Ax型号的控制芯片控制所述双向变换器中开关器件的通断。


5.一种基于最小电流应力的双向变换器优化控制装置，包括变压比计算模块和传输功率计算模块，其特征在于，还包括优化移相角计算模块和控制模块；
所述变压比计算模块，用于根据双向变换器的输入电压、输出电压和变换器匝数比计算所述双向变换器的变压比；
所述传输功率计算模块，用于根据所述双向变换器的输...

【专利技术属性】
技术研发人员：金莉，马明，梁晓兵，雷二涛，杜婉琳，王玲，唐挺，徐柏榆，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44