三移相控制双有源桥变换器瞬态直流偏置的抑制方法技术

本发明专利技术公开的三移相控制双有源桥变换器瞬态直流偏置的抑制方法，属于电力电子领域的储能用的双向DC

【技术实现步骤摘要】
三移相控制双有源桥变换器瞬态直流偏置的抑制方法


[0001]本专利技术涉及三移相控制双有源桥变换器瞬态直流偏置的抑制方法，属于电力电子领域的储能用的双向DC
‑
DC变换器领域。

技术介绍

[0002]储能系统已经成为微电网和不间断电源等设备的主要能源。双有源桥DC
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DC变换器已经成为了储能系统里双向DC
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DC变换器的主要电路拓扑。图1所示为本专利技术针对的双有源桥DC
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DC变换器电路拓扑。储能DC
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DC变换器不仅要实现高效率的电能变换，还需要在切载时不能有过大的直流偏置。
[0003]为了解决双有源桥DC
‑
DC变换器在负载突变时产生的直流偏置，2020在IEEE Transactions on Power Electronics【电力电子期刊】发表的“Deadbeat Current Controller for Bidirectional Dual
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Active
‑
Bridge Converter Using an Enhanced SPS Modulation Method”文章中，提出了一种无差拍电流控制，但这种控制策略只针对SPS控制有效，不能推广到其他控制策略。2019在IEEE Transactions on Power Electronics【电力电子期刊】发表了“Transient DC Bias Elimination ofDual/>‑
Active
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Bridge DC
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DC Converter With Improved Triple
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Phase
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Shift Control”一文，为了在宽电压范围内降低瞬态DC偏置电流，针对不同的工作模式转换，开发了一种改进的TPS控制策略。但是此控制策略需要判断工作模态和功率变化条件，控制复杂。并且稳态时变换器无法工作在全局最优调制策略，增加了导通损耗。
[0004]为了在全局范围内都能很好的抑制双有源桥变换器中的直流偏置，需要提供一种基于三移相控制的全局优化控制策略，实现在全局范围内对变换器中直流偏置的抑制。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术方法无法完全抑制双有源桥(DAB)变换器中直流偏置的问题，本专利技术的目的是提供一种三移相控制双有源桥变换器瞬态直流偏置的抑制方法，在全局范围内，能够抑制由负载突变产生的直流偏置，防止变压器饱和与开关管电流过大，提高变换器效率。
[0006]本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的。
[0007]本专利技术公开的三移相控制双有源桥变换器瞬态直流偏置的抑制方法，基于三移相调制策略，用于控制双有源桥DC
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DC变换器，所述双有源桥DC
‑
DC变换器的主电路一次侧和二次侧均为全桥电路，通过串联电感和变压器把两个全桥连接在一起，一次侧连接蓄电池，二次侧能够连接任意负载，通过控制变换器一次侧和二次侧全桥内部移相角和两个全桥电压波形相对应的移相角实现双向功率流的控制，通过全桥占空比的驱动的产生策略。本专利技术能够抑制双有源桥(DAB)变换器中的直流偏置，提高元器件的使用寿命，减少损耗。
[0008]本专利技术公开的三移相控制双有源桥变换器瞬态直流偏置的抑制方法，包括如下步骤：
[0009]步骤一、通过电压参考V
ref
和二次侧电压反馈Vo相减得到的电压误差，经输出电压控制器输出为移相角控制量所述移相角控制量为一次侧和二次侧全桥逆变的方波的中性线对应的相位差。
[0010]步骤二、定义等效电压增益M＝Vo/(nV
bat
),n为变压器变比，V
bat
为蓄电池电压，Vo为输出电压。根据M值以及步骤一中移相角控制量的大小，判断电路工作模态。
[0011]共有八种工作模态：当且M<1时，电路工作在模态1f；当且M<1时，电路工作在模态2f；当且M>1时，电路工作在模态3f；当3f；当且M>1时，电路工作在模态4f；当且M<1时，电路工作在模态1r；当且M<1时，电路工作在模态2r；当且M>1时，电路工作在模态3r；当且M>1时，电路工作在模态4r。
[0012]其中，模态1f、模态2f、模态3f和模态4f对应正向功率流工作模态，模态1r、模态2r、模态3r和模态4r对应反向功率流工作模态。
[0013]步骤三、定义D1、D2分别为一次侧和二次侧全桥电压波形占空比。定义稳态时一次侧逆变的负电压方波的中性线为T
sk
，其中k＝0,1,2...，下一个开关周期逆变的负电压方波的中性线为T
s(k+1)
，T
sk
到T
s(k+1)
的中性线为开关周期的中性线。定义从开关周期的中性线到T
s(k+1)
的全桥的移相角为占空比为D
1k
，D
2k
；从T
sk
到开关周期的中性线的全桥的移相角为占空比为D
1kp
，D
2kp
。
[0014]步骤四、在切载时，通过前馈控制快速得到移相角
[0015]步骤五、以变换器中峰值电流为优化目标，通过三移相调制优化得到与D1，D2的关系式，在此基础上，得到原边电压方波的中性线处的电流与移相角控制量的关系式。
[0016]由公式推导，得到原边电压方波的中性线处的电流与移相角控制量的关系式为：
[0017][0018]其中，T
s
为开关周期，L
r
为串联电感。
[0019]步骤六：在已知原边电压方波的中性线处的电流与移相角控制量的关系式的条件下，得到与的关系式，利用和的关系式，计算得到D
1k
，D
2k
，D
1kp
，D
2kp
。
[0020]根据步骤五所得式(1)，推导出与的关系式为：
[0021][0022]利用和计算得到D
1k
，D
2k
，D
1kp
，D
2kp
。
[0023]步骤七、由步骤四得到的步骤六得到以及D
1k
，D
2k
，D
1kp
，D
2kp
得到产生PWM信号的表达式。PWM信号用于驱动八只开关管工作，实现双有源桥DAB变换器直流偏置的抑制，防止变压器饱和与开关管电流过大，提高变换器效率。
[0024]所述表达式为：
[0025][0026]其中T
d
为计数器的周期计数值。
[0027]所述双有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.三移相控制双有源桥变换器瞬态直流偏置的抑制方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤一：通过电压参考V
ref
和二次侧电压反馈V
o
相减得到的电压误差，经输出电压控制器输出为移相角控制量其中移相角定义为一次侧和二次侧全桥逆变的方波的中性线对应的相位差；步骤二：定义等效电压增益M＝V
o
/(nV
bat
),n为变压器变比，V
bat
为蓄电池电压，V
o
为输出电压。根据M值、移相角的大小，判断电路工作模态；步骤三：定义D1、D2分别为一次侧和二次侧全桥电压波形占空比；定义稳态时一次侧逆变的负电压方波的中性线为T
sk
，其中k＝0,1,2...，下一个开关周期逆变的负电压方波的中性线为T
s(k+1)
，T
sk
到T
s(k+1)
的中性线为开关周期的中性线；定义从开关周期的中性线到T
s(k+1)
的全桥的移相角和占空比为D
1k
，D
2k
，从T
sk
到开关周期的中性线的全桥的移相角和占空比为D
1kp
，D
2kp
，步骤四：在切载时，通过前馈控制可以快速得到参数步骤五：以变换器中峰值电流为优化目标的三移相调制方案中，可得到与D1，D2的关系式，在此基础上，得到原边电压方波的中性线处的电流与移相角控制量的关系式；步骤六：在已知原边电压方波的中性线处的电流与移相角控制量的关系式的条件下，得到与的关系式，利用和的关系式，计算得到D
1k
，D
2k
，D
1kp
，D
2kp
；步骤七：由步骤四得到的步骤六得到以及D
1k
，D
2k...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭志强，骆勇，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：