一种9S-5L-ANPCDAB变换器的飞跨电容电压平衡控制方法技术

本发明专利技术公开一种9S

【技术实现步骤摘要】
一种9S
‑
5L
‑
ANPC DAB变换器的飞跨电容电压平衡控制方法


[0001]本专利技术属于多电平DC
‑
DC变换器控制领域，更具体地，涉及一种9S
‑
5L
‑
ANPCDAB(九开关管五电平有源中性点钳位双有源桥)变换器的飞跨电容电压平衡控制方法。

技术介绍

[0002]在高压大功率应用场合，DAB变换器采用了多电平拓扑结构。五电平有源中性点钳位(5L
‑
ANPC)拓扑能够降低电压应力，在中压大功率应用中具有优异性能。与应用于逆变器相比，5L
‑
ANPC拓扑应用于构建DAB变换器时，需采用9S
‑
5L
‑
ANPC电路，其高压开关管能够实现全部软开关，因此更适合在高电压等级和开关频率的场合下应用。
[0003]专利CN113078820A提供一种飞跨电容电压的平衡控制方法，飞跨电容电压控制思想为：从相邻两个V
P
电平中或相邻两个V
N
电平中，选取输出电流平均值的绝对值较大的一个，对其开关状态的作用时间进行调整，改变飞跨电容的充电或放电电荷，从而维持飞跨电容电压处于正常水平。同时，为了避免流经变压器的电流含有直流分量而产生磁饱和现象，在每个输出周期内，以保证飞跨电容电压平衡进行变占空比调整得到的输出波形为基准，令其奇对称区间内输出电平的占空比作相同调整，以保证输出波形仍然具有奇对称性。
[0004]然而，该方法存在以下不足：该方法中Δd符号的判断不够精确，并且Δd为给定值，在动态调节的过程中保持不变，当系统从一个稳态变为另一个稳态时，给定的Δd值可能导致加速飞跨电容电压的失衡。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术提供了一种9S
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5L
‑
ANPC DAB变换器的飞跨电容电压平衡控制方法，其目的在于保证在电路运行条件改变时仍然具有良好的控制效果，并降低控制算法对Δd初始值的依赖性。
[0006]为实现上述目的，按照本专利技术的第一方面，提供了一种9S
‑
5L
‑
ANPC DAB变换器的飞跨电容电压平衡控制方法，该方法包括以下步骤：
[0007]S0.给定飞跨电容稳定电压期望值、飞跨电容电压不失衡区间和占空比变化量Δd初值，对飞跨电容预充电，使飞跨电容电压处于不失衡区间；
[0008]S1.实时采样9S
‑
5L
‑
ANPC电路中飞跨电容的电压值；
[0009]S2.将当前采样电压值与飞跨电容稳定电压期望值进行比较，若大于，同时将交流侧输出电压等于V
dc
/4和
‑
V
dc
/4的占空比减去当前Δd，若小于，同时将交流侧输出电压等于V
dc
/4和
‑
V
dc
/4的占空比增加当前Δd，所述V
dc
/4和
‑
V
dc
/4的作用区间满足奇对称，其中，V
dc
表示直流母线电压；
[0010]S3.判断经变占空比控制后的采样电压是否超出飞跨电容电压的不失衡区间，若超出该不失衡区间，则将当前Δd取反，否则，当前Δd不变。
[0011]优选地，步骤S3中，若Δd取反，则将步骤S3屏蔽，经若干控制周期后再重新开放。
[0012]有益效果：通过若干控制周期的闭锁，避免因控制效果的延迟造成短时间内多次
满足电压失衡的条件，从而对Δd进行重复取反，最终导致控制紊乱。
[0013]优选地，该方法还包括：
[0014]S4.采用PI控制器，其输入为当前采样电压，其输出为Δd。
[0015]有益效果：通过PI控制，可以灵活地根据飞跨电容电压偏移程度改变Δd的值，当偏移程度较大时，较大的Δd可以提高平衡控制的速度；当偏移程度较小时，较小的Δd可以保证对原电路的影响较小。
[0016]优选地，所述9S
‑
5L
‑
ANPC采用的调制策略满足飞跨电容电压的自平衡。
[0017]有益效果：现有技术通过改变占空比的方式实现飞跨电容电压的充放电控制，从而使其保持为期望电压值，若调制策略理论上已经能够保证飞跨电容电压的自平衡，则|Δd|取值较小时即可获得较好的控制效果；反之，则需要设置较大的|Δd|才能实现有效控制。越小的|Δd|值对电路产生的影响越小。
[0018]优选地，所述调制策略为I
‑
IV中任一种：
[0019]调制策略I中两种模式的开关序列分别为：
[0020]模式A：OUL
‑
OL
‑
P1
‑
PP
‑
P1
‑
OL
‑
OUL
‑
OU
‑
N1
‑
NN
‑
N1
‑
OU
‑
OUL
[0021]模式B：OUL
‑
OL
‑
P2
‑
PP
‑
P2
‑
OL
‑
OUL
‑
OU
‑
N2
‑
NN
‑
N2
‑
OU
‑
OUL
[0022]调制策略II中两种模式的开关序列分别为：
[0023]模式A：OUL
‑
OL
‑
P1
‑
PP
‑
P2
‑
OL
‑
OUL
‑
OU
‑
N1
‑
NN
‑
N2
‑
OU
‑
OUL
[0024]模式B：OUL
‑
OL
‑
P2
‑
PP
‑
P1
‑
OL
‑
OUL
‑
OU
‑
N2
‑
NN
‑
N1
‑
OU
‑
OUL
[0025]调制策略III中两种模式的开关序列分别为：
[0026]模式A：OUL
‑
OL
‑
P1
‑
PP
‑
P1
‑
OL
‑
OUL
‑
OU
‑
N2
‑
NN
‑
N2
‑
OU
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种9S
‑
5L
‑
ANPC DAB变换器的飞跨电容电压平衡控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S0.给定飞跨电容稳定电压期望值、飞跨电容电压不失衡区间和占空比变化量Δd初值，对飞跨电容预充电，使飞跨电容电压处于不失衡区间；S1.实时采样9S
‑
5L
‑
ANPC电路中飞跨电容的电压值；S2.将当前采样电压值与飞跨电容稳定电压期望值进行比较，若大于，同时将交流侧输出电压等于V
dc
/4和
‑
V
dc
/4的占空比减去当前Δd，若小于，同时将交流侧输出电压等于V
dc
/4和
‑
V
dc
/4的占空比增加当前Δd，所述V
dc
/4和
‑
V
dc
/4的作用区间满足奇对称，其中，V
dc
表示直流母线电压；S3.判断经变占空比控制后的采样电压是否超出飞跨电容电压的不失衡区间，若超出该不失衡区间，则将当前Δd取反，否则，当前Δd不变。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，若Δd取反，则将步骤S3屏蔽，经若干控制周期后再重新开放。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：S4.采用PI控制器，其输入为当前采样电压，其输出为Δd。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述9S
‑
5L
‑
ANPC采用的调制策略满足飞跨电容电压的自平衡。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述调制策略为I
‑
IV中任一种：调制策略I中两种模式的开关序列分别为：模式A：OUL
‑
OL
‑
P1
‑
PP
‑
P1
‑
OL
‑
OUL
‑
OU
‑
N1
‑
NN
‑
N1
‑
OU
‑
OUL模式B：OUL
‑
OL
‑
P2
‑
PP
‑
P2
‑
OL
‑
OUL
‑
OU
‑
N2
‑
NN
‑
N2
‑
OU
‑
OUL调制策略II中两种模式的开关序列分别为：模式A：OUL
‑
OL
‑
P1
‑
PP
‑
P2
‑
OL
‑
OUL
‑
OU
‑
N1
‑
NN
‑
N2
‑
OU
‑
OUL模式B：OUL
‑
OL
‑
P2
‑
PP
‑
P1
‑
OL
‑
OUL
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：张宇，高娜，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：