一种应用于H桥的解耦电压占空比补偿策略制造技术

本发明专利技术涉及电力工业领域，旨在提供一种应用于H桥的解耦电压占空比补偿策略。包括：在H桥拓扑中增加由解耦电感L

【技术实现步骤摘要】
一种应用于H桥的解耦电压占空比补偿策略


[0001]本专利技术属于电力工业领域，涉及一种应用于H桥的解耦电压占空比补偿策略，特别涉及了针对该电路中解耦电压正负半周不对称的问题提出一种占空比换流补偿策略，适用于功率解耦、能量流动、输入输出的电能质量控制等多个应用场合。

技术介绍

[0002]单相H桥变换器被广泛应用于光伏发电、不间断电源UPS以及V2G(Vehicle
‑
to
‑
grid)等场合。但是单相变流器交流侧功率含有较大的二倍工频分量，会引起直流侧母线电压低频振荡，因此需要对直流母线侧的储能电容进行功率脉动抑制。母线侧大容量电解电容的存在，不仅限制了系统成本的降低和功率密度的提高，同时电解电容作为影响寿命的主要元件，对V2G变换器的可靠性有着极为关键的影响。如何在减小母线电解电容的同时获得更好的解耦效果，国内外学者均展开一系列相关研究，并提出了诸多解耦拓扑及控制策略。
[0003]就单相H桥变换器而言，常用的解耦拓扑是在原来拓扑的基础上外加一个额外的桥臂，与解耦支路的电容或者电感相连做二倍频纹波转移或者谐波注入，来消除二次脉动功率的不利影响。若不希望增加额外桥臂，通常需要复用桥臂实现脉动纹波的转移，在这种情况下通常直流电压利用率小于0.5。在这种复用桥臂调制策略下，需要解耦电压是完美的二倍频输出叠加一个直流分量(通常会取母线电压的一半)。然而由于正负半周死区换流时电感电流方向不一致，会出现解耦电压正负半周不对称的问题。这种现象在解耦电压开环控制时更为明显，缺失闭环反馈将会影响解耦效果，引起直流侧电容电压低频振荡，导致V2G电池端出现负载过热等现象。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种应用于H桥的解耦电压占空比补偿策略。其目的是解决功率解耦H桥拓扑中，复用桥臂在死区时间内换流方向不同导致的解耦电压不对称的技术难题，有效提高解耦控制性能。
[0005]为解决技术问题，本专利技术的解决方案是：
[0006]提供一种应用于H桥的解耦电压占空比补偿策略，包括：
[0007](1)在H桥拓扑中增加由解耦电感L
dp
与解耦电容C
dp
串联构成的解耦LC支路，其一端连接网侧电压V
g
的阴极和H桥中某一桥臂B的中点，另一端连接在H桥中两桥臂A、B的共同端部；以连接解耦LC支路的桥臂B作为PFC
‑
解耦复用桥臂，另一个桥臂A作为PFC桥臂；
[0008](2)由统一的控制器执行控制策略，分别对电网电压正负半周解耦电压占空比分别进行死区补偿，以保证解耦电压正负半周对称，提高解耦性能；
[0009]所述控制策略具体包括下述步骤：
[0010](2.1)在每一个控制周期内，控制器检测当前电路状态，并根据电路状态和外部传输或内部预设的参考信号产生电路控制信号；控制器检测自身的输入电压V
g
、内电感电流
I
L1
以及母线电压V
bus
，控制环路由母线电压外环和电网电流内环组成，并向H桥中的PFC桥臂提供PWM控制信号，保证该电路稳定运行在正常PFC工作状态，双环均采用经典PI控制；同时采用基于拓扑复用的调制策略，复用H桥中的PFC
‑
解耦复用桥臂的某个开关管，将母线电压上的二次纹波转移到解耦电容上；
[0011](2.2)控制器采用基于外电压环纹波抑制的解耦策略，检测母线电压V
bus
上的纹波，经过计算得到相应的解耦电压参考；通过控制PFC
‑
解耦复用桥臂中的开关管的动作，将母线侧承受的纹波转移到解耦电容上；
[0012](2.3)由于解耦支路无任何外加传感器和检测电路，在电网电压正负半周解耦电压会出现不对称(该不对称性在开环控制下尤为明显)，需要分别对正负半周的解耦电压占空比进行死区补偿；
[0013]通过修正外电压环纹波，在时域中引入母线电压波动值与网侧锁相环输出相位相乘，得到解耦电压相位参考计算单元，将其作为解耦电压交流项基准去修正解耦电压交流参考，最终得到复用桥臂B的解耦支路占空比：
[0014][0015]其中，L1是PFC电路中的升压电感；i
L1
是内电感电流；V
g
是电网的输入电压；V
bus
是母线电压；L
dp
是解耦电路中的解耦电感；i
Ldp
是解耦支路中的解耦电感电流；V
dp
是解耦电容C
dp
上的电压；V
dc
是直流母线电压；d1和d2分别为每一个开关周期内的PFC占空比和解耦支路占空比；为实现拓扑复用，d1和d2的分配需满足d1+d2＜1；
[0016](4)对解耦支路占空比d2输出的解耦复用桥臂的PWM输出信号在正负电网周期内分别进行占空比死区补偿：
[0017]假设给定的解耦桥臂上某开关管的开通占空比为d
output
，桥臂中点电压v
ab
＝0时，实际解耦占空比即为给定占空比，d2＝d
output
；当v
ab
＝V
bus
时，实际解耦占空比d2为计算给定占空比与死区占空比D
deadtime
之和，即d2＝d
output
+D
deadtime
；由于电感电流不能突变，其电流流向不同，会影响中点电平v
ab
的波动也不同，进而影响解耦实际占空比d2；
[0018](5)对于解耦实际占空比d2进行数字补偿：
[0019]当处于电网电压正半周期电网电流为正，假设电流和电压同向，那么解耦电压占空比赋值为电网电流为负时，电流和电压反向，解耦电压占空比赋值为
[0020]本专利技术中，步骤(2.1)中所述基于拓扑复用的调制策略是指：通过互换桥臂中点电压为零的两种工作模态，复用半周期中不工作的两个开关管，以将功率纹波转移到解耦支路上；在每一个控制周期内，PFC控制与解耦控制同时进行，互相独立且互相牵制。
[0021]本专利技术中，步骤(2.2)中所述基于外电压环纹波抑制的解耦策略是指，通过在时域中引入外电压环纹波与网侧锁相输出乘积项修正解耦电压交流参考。
[0022]本专利技术中，步骤(5)中所述解耦电压占空比赋值仅用于上下管换流时的死区过程，
此时PFC
‑
解耦复用桥臂中的开关管都应处于关断状态；选取作为解耦电压补偿和差，以保证PFC
‑
解耦复用桥臂的上下管PWM信号正好相差一个PI计算周期，同时不改变其修正解耦电压交流参考的大小。
[0023]本专利技术进一步提供了用于实现前述解耦电压占空比补偿策略的H桥有源功率解耦电路，包括控制器、母线电容C
bus
和图腾柱式H桥；升压电感L1、网侧电容C本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于H桥的解耦电压占空比补偿策略，其特征在于，包括：(1)在H桥拓扑中增加由解耦电感L
dp
与解耦电容C
dp
串联构成的解耦LC支路，其一端连接网侧电压V
g
的阴极和H桥中某一桥臂B的中点，另一端连接在H桥中两桥臂A、B的共同端部；以连接解耦LC支路的桥臂B作为PFC
‑
解耦复用桥臂，另一个桥臂A作为PFC桥臂；(2)由统一的控制器执行控制策略，分别对电网电压正负半周解耦电压占空比分别进行死区补偿，以保证解耦电压正负半周对称，提高解耦性能；所述控制策略具体包括下述步骤：(2.1)在每一个控制周期内，控制器检测当前电路状态，并根据电路状态和外部传输或内部预设的参考信号产生电路控制信号；控制器检测自身的输入电压V
g
、内电感电流I
L1
以及母线电压V
bus
，控制环路由母线电压外环和电网电流内环组成，并向H桥中的PFC桥臂提供PWM控制信号，保证该电路稳定运行在正常PFC工作状态，双环均采用经典PI控制；同时采用基于拓扑复用的调制策略，复用H桥中的PFC
‑
解耦复用桥臂的某个开关管，将母线电压上的二次纹波转移到解耦电容上；(2.2)控制器采用基于外电压环纹波抑制的解耦策略，检测母线电压V
bus
上的纹波，经过计算得到相应的解耦电压参考；通过控制PFC
‑
解耦复用桥臂中的开关管的动作，将母线侧承受的纹波转移到解耦电容上；(2.3)通过修正外电压环纹波，在时域中引入母线电压波动值与网侧锁相环输出相位相乘，得到解耦电压相位参考计算单元，将其作为解耦电压交流项基准去修正解耦电压交流参考，最终得到复用桥臂B的解耦支路占空比：其中，L1是PFC电路中的升压电感；i
L1
是内电感电流；V
g
是电网的输入电压；V
bus
是母线电压；L
dp
是解耦电路中的解耦电感；i
Ldp
是解耦支路中的解耦电感电流；V
dp
是解耦电容C
dp
上的电压；V
dc
是直流母线电压；d1和d2分别为每一个开关周期内的PFC占空比和解耦支路占空比；为实现拓扑复用，d1和d2的分配需满足d1+d2＜1；(4)对解耦支路占空比d2输出的解耦复用桥臂的PWM输出信号在正负电网周期内分别进行占空比死区补偿：假设给定的解耦桥臂上某开关管的开通占空比为d
output
，桥臂中点电压v
ab
＝0时，实际解耦占空比即为给定占空比，d2＝d
output
；当v
ab
＝V
bus
时，实际解耦占空比d2为计算给定占空比与死区占空比D

【专利技术属性】
技术研发人员：汪小青，陈敏，李博栋，陈宁，陈磊，孙欣楠，张东博，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：