一种双有源桥钳位变换器及其控制方法技术

本公开提供了一种双有源桥钳位变换器及其控制方法，包括原边全桥电路、副边全桥电路、设置在原边全桥电路和副边全桥电路之间的变压器和钳位支路；钳位支路包括相互并联的第一钳位二极管支路和第二钳位二极管支路；所述第一钳位二极管支路包括反向串联的第一钳位二极管和第三钳位二极管，所述第二钳位二极管支路包括反向串连的第二钳位二极管和第四钳位二极管，所述第一钳位二极管的正极与所述第二钳位二极管的负极相连接，所述第三钳位二极管的正极与所述第四钳位二极管的负极相连接；所述钳位支路还包括开关管，所述开关管的一端连接在所述第一钳位二极管与所述第三钳位二极管之间，另一端连接在所述第二钳位二极管与所述第四钳位二极管之间。述第四钳位二极管之间。述第四钳位二极管之间。

【技术实现步骤摘要】
一种双有源桥钳位变换器及其控制方法


[0001]本公开属于双向直流变换器
，具体涉及一种双有源桥钳位变换器及其控制方法。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]在大力发展绿色能源发电及节能减排技术的背景下，储能技术受到了越来越广泛的关注。在新能源发电领域，电池储能技术可以平抑风力发电、光伏发电的功率波动，提高并网风电场、光伏电站的电能质量并增强其系统稳定性。发展电池储能的同时能量传输系统被持续关注。双有源桥(Dual active bridge,DAB)DC
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DC变换器是能量传输的一个重要媒介，传统的隔离式双向DC
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DC变换器电路拓扑种类繁多、各具特色。在众多拓扑结构中性能最优的是双有源桥隔离型DC
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DC变换器，DAB变换器具有结构对称、能量双向流动、电气隔离，功率密度高以及易于实现软开关等特点，已在直流配电网、电动汽车、分布式能源等领域广泛应用。
[0004]提高DAB变换器的效率是工程应用中的核心问题之一，提高DAB变换器效率的主要途径有软开关技术，降低电流应力、电流有效值、回流功率以及整机损耗。在DAB变换器的操作过程中，调制策略是非常重要的环节。DAB变换器的控制分为单移相控制(Single phase shift,SPS)、扩展移相控制(Extended phase shift,EPS)、双重移相控制(Dual phase shift,DPS)和三重移相(Triple Phase Shift,TPS)。DAB的控制策略中使用最为广泛的是单移相控制(SPS)。传统移相调制策略一般通过控制V1侧H桥和V2侧H桥交替导通，单移相控制存在一个相移比，通过控制相移比来改变电感L的电流方向进而控制传输功率的大小和方向，最后对输出功率与电路参数的关系进行了理论推导；虽然该调制策略操作难度低、易于实现，但是存在着回流功率大、传输功率低的缺点。
[0005]为解决传统移相调制的缺点，有文献提出了EPS控制，即通过控制V1侧H桥和V2侧H桥交替导通的同时，V1侧的H桥内部产生一个内移相比；V1侧H桥输出的交流电压是一个三级方波电压而V2侧H桥输出的交流电压是一个两级方波电压；该控制策略扩大了传输功率的调节范围并且电流应力相应减小，但其控制方式在功率反向传输时需将V1侧H桥和V2侧H桥的控制方式换向，这就增加了控制难度。为降低电流应力提高传输效率，有文献提出了DPS控制，即在EPS的基础上，V2侧H桥内部也产生一个和V1侧H桥相同的内相移比。与EPS控制相比，DPS在变压器两侧产生的都是三级方波电压，并且解决了EPS在能量流动方向发生改变时两桥控制方式需要对调的问题；DPS控制过程中电感电流的应力决定开关损耗，其回流功率最小并不意味着损耗最小。有文献提出了TPS控制，TPS与DPS相似但两个内移相比不同；TPS能够将软开关的范围扩大到零负载并且能有效降低电流的峰值和有效值；由于这种控制方式存在三个控制变量，大大增加了控制难度，目前没有一个统一的实现标准。
[0006]因此，有必要进行新型双有源桥变换器拓扑结构及控制方法的相关研究。

技术实现思路

[0007]为了解决上述问题，本公开提出了一种双有源桥钳位变换器及其控制方法，本公开基于双有源桥钳位变换器提出了一种调制策略，通过调节变压器两侧H桥的开关管导通来降低系统运行时的回流功率与电流应力，控制简单且容易实现，使得变换器在运行时传输效率提高。
[0008]根据一些实施例，本公开的第一方案提供了一种双有源桥钳位变换器，采用如下技术方案：
[0009]一种双有源桥钳位变换器，包括原边全桥电路、副边全桥电路和设置在原边全桥电路和副边全桥电路之间的变压器；所述原边全桥电路包括相互并联的第一电容支路、第一桥臂和第二桥臂，所述第一电容支路包括相互串联的第一电容和第二电容，所述第一桥臂包括相互串联的第一开关管器件和第二开关管器件；还包括钳位支路，所述钳位支路的一端连接在所述第一电容与所述第二电容之间，另一端连接在所述第一开关管器件与第二开关管器件之间；
[0010]所述钳位支路包括相互并联的第一钳位二极管支路和第二钳位二极管支路；所述第一钳位二极管支路包括反向串联的第一钳位二极管和第三钳位二极管，所述第二钳位二极管支路包括反向串连的第二钳位二极管和第四钳位二极管，所述第一钳位二极管的正极与所述第二钳位二极管的负极相连接，所述第三钳位二极管的正极与所述第四钳位二极管的负极相连接；
[0011]所述钳位支路还包括开关管，所述开关管的一端连接在所述第一钳位二极管与所述第三钳位二极管之间，另一端连接在所述第二钳位二极管与所述第四钳位二极管之间。
[0012]根据一些实施例，本公开的第二方案提供了一种双有源桥钳位变换器的控制方法，采用如下技术方案：
[0013]一种双有源桥钳位变换器的控制方法，包括以下步骤：
[0014]计算原边全桥电路与副边全桥电路桥臂之间的移相比；
[0015]通过移相比控制开关管、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管的导通与关断，计算变压器第一输入端的电流；
[0016]基于所得到的变压器第一输入端的电流计算双有源桥钳位变换器的电流应力标幺值、双有源桥钳位变换器的传输功率和双有源桥钳位变换器的标幺化传输功率；
[0017]结合控制器控制双有源桥钳位变换器的标幺化传输功率，实现输出电压的控制。
[0018]与现有技术相比，本公开的有益效果为：
[0019]本公开对变换器的调制策略进行了设计，与传统移相调制相比，能显著提高双有源桥传输效率和降低电流应力，同时使得传输功率的调节范围扩大，灵活性增强；通过基于PI控制器调节控制，实现了输出电压的精准控制和效率优化调制。
附图说明
[0020]构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
[0021]图1是本公开实施例一中传统的双向全桥DC
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DC变换器的拓扑结构图；
[0022]图2是本公开实施例一中双有源桥钳位变换器的拓扑结构图；
[0023]图3是本公开实施例二中传统的单移相控制输出的电压电流波形图；
[0024]图4是本公开实施例二中双有源桥钳位变换器控制原理波形图；
[0025]图5是本公开实施例二中双有源桥钳位变换器的工作状态拓扑结构图；
[0026]图6(a)是本公开实施例二中钳位变换器标幺化传输功率随不同移相比变化的三维曲线图；
[0027]图6(b)是本公开实施例二中钳位变换器标幺化传输功率随外移相比和内移相比D2变化的三维曲线图；
[0028]图6(c)是本公开实施例二中固定内移相比D1，D2，钳位变换器标幺化传输功率随外移相比的变化曲线本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双有源桥钳位变换器，包括原边全桥电路、副边全桥电路和设置在原边全桥电路和副边全桥电路之间的变压器；所述原边全桥电路包括相互并联的第一电容支路、第一桥臂和第二桥臂，所述第一电容支路包括相互串联的第一电容和第二电容，所述第一桥臂包括相互串联的第一开关管器件和第二开关管器件；其特征在于，还包括钳位支路，所述钳位支路的一端连接在所述第一电容与所述第二电容之间，另一端连接在所述第一开关管器件与第二开关管器件之间；所述钳位支路包括相互并联的第一钳位二极管支路和第二钳位二极管支路；所述第一钳位二极管支路包括反向串联的第一钳位二极管和第三钳位二极管，所述第二钳位二极管支路包括反向串连的第二钳位二极管和第四钳位二极管，所述第一钳位二极管的正极与所述第二钳位二极管的负极相连接，所述第三钳位二极管的正极与所述第四钳位二极管的负极相连接；所述钳位支路还包括开关管，所述开关管的一端连接在所述第一钳位二极管与所述第三钳位二极管之间，另一端连接在所述第二钳位二极管与所述第四钳位二极管之间。2.如权利要求1中所述的一种双有源桥钳位变换器，其特征在于，，述第二桥臂包括相互串联的第三开关管器件和第四开关管器件；所述第一开关管器件包括第一开关管和与所述第一开关管反向并联的第一二极管；所述第二开关管器件包括第二开关管和与所述第二开关管反向并联的第二二极管；所述第三开关管器件包括第三开关管和与所述第三开关管反向并联的第三二极管；所述第四开关管器件包括第四开关管和与所述第四开关管反向并联的第四二极管。3.如权利要求1中所述的一种双有源桥钳位变换器，其特征在于，所述变压器的第一输入端设置在所述第一桥臂上的第一开关管器件和第二开关管器件之间，所述变压器的第二输入端设置在所述第二桥臂上的第三开关管器件和第四开关管器件之间。4.如权利要求1中所述的一种双有源桥钳位变换器，其特征在于，所述副边全桥电路包括相互并联的第三电容、第二电阻、第三桥臂和第四桥臂，所述第三桥臂包括相互串...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹立霞，张宗峰，符奥，田国锋，张锐，王海江，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司日照供电公司国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：