L-LLC谐振变换器的功率分析方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种L

【技术实现步骤摘要】
L
‑
LLC谐振变换器的功率分析方法及系统


[0001]本专利技术涉及电力电子变压器
，尤其涉及一种L
‑
LLC谐振变换器的功率分析方法及系统。

技术介绍

[0002]电力电子变压器(Power Electronic Transformer，PET)，是一种通过高频能量变换技术替代传统变压器的电子电力系统。用于两个直流母线间能量传输和电气隔离的电力电子变压器被称为直流电力电子变压器(DC Power Electronic Transformer，DCPET)。DCPET被广泛应用在柔性直流输、配电网、新能源并网和能源互联网等所有可能用到中、高压双向隔离直流变换的领域。L
‑
LLC谐振变换器因其具有零电压开通和双向高增益的优势在柔性输电中应用越来越广泛，但使其具有更宽范围的输出电压调节能力的需求日益增加。
[0003]为了进一步拓宽输出电压增益范围，目前通过采用一种L
‑
LLC谐振变换器的超宽增益范围调节方法，将已有的L
‑
LLC拓扑进行相应的开关管控制，从而进行变拓扑控制。在较高增益范围内工作时，采用全桥模式；在较低增益范围内工作时，采用半桥模式，通过将输入电压利用率减半达到更宽增益范围的效果。
[0004]然而，在L
‑
LLC谐振变换器变拓扑控制策略下，由于其多个谐振组件和不同工作模式，L
‑
LLC谐振变换器在这种控制策略下，不同输出电压下的最大输出功率不同。L
>‑
LLC谐振变换器在变拓扑控制策略下的功率输出能力可为L
‑
LLC谐振变换器在不同工作模式下的功率控制提供参考依据。因此，如何精确分析L
‑
LLC谐振变换器在变拓扑控制策略下的功率是目前业界亟待解决的重要课题。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种L
‑
LLC谐振变换器的功率分析方法及系统，用以解决现有技术中没有对L
‑
LLC谐振变换器在变拓扑控制策略下的功率进行分析的缺陷，实现对L
‑
LLC谐振变换器在变拓扑控制策略下的功率进行准确分析。
[0006]本专利技术提供一种L
‑
LLC谐振变换器的功率分析方法，包括：
[0007]根据L
‑
LLC谐振变换器在变拓扑控制策略下每种工作模式的边界条件、归一化输出功率的表达式，以及每种工作模式与所述L
‑
LLC谐振变换器的其他工作模式之间的边界条件，获取每种工作模式的归一化工作频率与归一化输出功率之间的关系；
[0008]根据每种工作模式的归一化工作频率的范围，以及每种工作模式的归一化工作频率与归一化输出功率之间的关系，获取每种工作模式的归一化输出功率的范围；
[0009]根据每种工作模式的归一化工作频率的范围和归一化输出功率的范围，以及每种工作模式的边界条件和归一化输出功率的表达式，获取每种工作模式的增益的范围；
[0010]根据每种工作模式的归一化输出功率的范围和增益的范围，以及每种工作模式的原始输出功率与每种工作模式的增益、归一化输出功率之间的关系，获取每种工作模式的
原始输出功率的范围。
[0011]根据本专利技术提供的一种L
‑
LLC谐振变换器的功率分析方法，在所述L
‑
LLC谐振变换器的原始工作频率小于所述L
‑
LLC谐振变换器的谐振频率的情况下，所述L
‑
LLC谐振变换器在半个周期内的工作模式包括POPN、POPO、POP、POOP、OPO和POO。
[0012]根据本专利技术提供的一种L
‑
LLC谐振变换器的功率分析方法，当所述工作模式包括三种模态时，所述工作模式的边界条件包括：
[0013]i
rAn
(0)＝
‑
i
rCn
(θ
C
)，v
CrAn
(0)＝
‑
v
CrCn
(θ
C
)，i
mAn
(0)＝
‑
i
mCn
(θ
C
)；
[0014]i
rAn
(θ
A
)＝i
rBn
(0)，v
CrAn
(θ
A
)＝v
CrBn
(0)，i
mAn
(θ
A
)＝i
mBn
(0)；
[0015]i
rBn
(θ
B
)＝i
rCn
(0)，v
CrBn
(θ
B
)＝v
CrCn
(0)，i
mBn
(θ
B
)＝i
mCn
(0)；
[0016]其中，θ
j
＝2πf
r
t
j
，j为模态A、B或C，所述工作模式的电路先后进入模态A、B和C，f
r
为所述L
‑
LLC谐振变换器的谐振频率，t
j
为所述工作模式进入模态j的时刻，i
rjn
(0)表示所述模态j对应的所述L
‑
LLC谐振变换器中谐振电感的归一化电流初值，i
rjn
(θ
j
)表示所述模态j在θ
j
下对应的所述谐振电感的归一化电流，v
Crjn
(0)表示所述模态j对应的所述L
‑
LLC谐振变换器中谐振电容的归一化电压初值，v
Crjn
(θ
j
)表示所述模态j在θ
j
下对应的所述谐振电容的归一化电压，i
mjn
(0)表示所述模态j对应的所述L
‑
LLC谐振变换器中励磁电感的归一化电流初值，i
mjn
(θ
j
)表示所述模态j在θ
j
下对应的所述励磁电感的归一化电流；
[0017]当所述工作模式包括四种模态时，所述工作模式的边界条件包括：
[0018]i
rAn
(0)＝
‑
i
rDn
(θ
D
)，v
CrAn
(0)＝
‑
v
CrDn
(θ
D
)，i
mAn
(0)＝
‑
i
mDn
(θ
D
)；
[0019]i
rAn
(θ
A
)＝i
rBn
(0)，v<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种L
‑
LLC谐振变换器的功率分析方法，其特征在于，包括：根据L
‑
LLC谐振变换器在变拓扑控制策略下每种工作模式的边界条件、归一化输出功率的表达式，以及每种工作模式与所述L
‑
LLC谐振变换器的其他工作模式之间的边界条件，获取每种工作模式的归一化工作频率与归一化输出功率之间的关系；根据每种工作模式的归一化工作频率的范围，以及每种工作模式的归一化工作频率与归一化输出功率之间的关系，获取每种工作模式的归一化输出功率的范围；根据每种工作模式的归一化工作频率的范围和归一化输出功率的范围，以及每种工作模式的边界条件和归一化输出功率的表达式，获取每种工作模式的增益的范围；根据每种工作模式的归一化输出功率的范围和增益的范围，以及每种工作模式的原始输出功率与每种工作模式的增益、归一化输出功率之间的关系，获取每种工作模式的原始输出功率的范围。2.根据权利要求1所述的L
‑
LLC谐振变换器的功率分析方法，其特征在于，在所述L
‑
LLC谐振变换器的原始工作频率小于所述L
‑
LLC谐振变换器的谐振频率的情况下，所述L
‑
LLC谐振变换器在半个周期内的工作模式包括POPN、POPO、POP、POOP、OPO和POO。3.根据权利要求2所述的L
‑
LLC谐振变换器的功率分析方法，其特征在于，当所述工作模式包括三种模态时，所述工作模式的边界条件包括：i
rAn
(0)＝
‑
i
rCn
(θ
C
)，v
CrAn
(0)＝
‑
v
CrCn
(θ
C
)，i
mAn
(0)＝
‑
i
mCn
(θ
C
)；i
rAn
(θ
A
)＝i
rBn
(0)，v
CrAn
(θ
A
)＝v
CrBn
(0)，i
mAn
(θ
A
)＝i
mBn
(0)；i
rBn
(θ
B
)＝i
rCn
(0)，v
CrBn
(θ
B
)＝v
CrCn
(0)，i
mBn
(θ
B
)＝i
mCn
(0)；其中，θ
j
＝2πf
r
t
j
，j为模态A、B或C，所述工作模式的电路先后进入模态A、B和C，f
r
为所述L
‑
LLC谐振变换器的谐振频率，t
j
为所述工作模式进入模态j的时刻，i
rjn
(0)表示所述模态j对应的所述L
‑
LLC谐振变换器中谐振电感的归一化电流初值，i
rjn
(θ
j
)表示所述模态j在θ
j
下对应的所述谐振电感的归一化电流，v
Crjn
(0)表示所述模态j对应的所述L
‑
LLC谐振变换器中谐振电容的归一化电压初值，v
Crjn
(θ
j
)表示所述模态j在θ
j
下对应的所述谐振电容的归一化电压，i
mjn
(0)表示所述模态j对应的所述L
‑
LLC谐振变换器中励磁电感的归一化电流初值，i
mjn
(θ
j
)表示所述模态j在θ
j
下对应的所述励磁电感的归一化电流；当所述工作模式包括四种模态时，所述工作模式的边界条件包括：i
rAn
(0)＝
‑
i
rDn
(θ
D
)，v
CrAn
(0)＝
‑
v
CrDn
(θ
D
)，i
mAn
(0)＝
‑
i
mDn
(θ
D
)；i
rAn
(θ
A
)＝i
rBn
(0)，v
CrAn
(θ
A
)＝v
CrBn
(0)，i
mAn
(θ
A
)＝i
mBn
(0)；i
rBn
(θ
B
)＝i
rCn
(0)，v
CrBn
(θ
B
)＝v
CrCn
(0)，i
mBn
(θ
B
)＝i
mCn
(0)；i
rCn
(θ
C
)＝i
rDn
(0)，v
CrCn
(θ
C
)＝v
CrDn
(0)，i
mCn
(θ
C
)＝i
mDn
(0)；其中，j为模态A、B、C或D，所述工作模式的电路先后进入模态A、B、C和D。4.根据权利要求3所述的L
‑
LLC谐振变换器的功率分析方法，其特征在于，当所述工作模式为POPO时，模态A为第一模态P，模态B为第一模态O，模态C为第二模态P，模态D为第二模态O；其中，所述第一模态P和第一模态O分别为所述L
‑
LLC谐振变换器有输入电压钳位时的正激励模态和续流模态，所述第二模态P和第二模态O分别为所述L
‑
LLC谐振变换器无输入电压钳位时的正激励模态和续流模态；所述第一模态P对应的电路表达式为：
其中，θ＝2πf
r
t，t为时刻，i
rPn1
(θ)为所述第一模态P在θ下对应的所述谐振电感的归一化电流，i
mPn1
(θ)为所述第一模态P在θ下对应的所述励磁电感的归一化电流，v
CrPn1
(θ)为所述第一模态P在θ下对应的所述谐振电容的归一化电压，m＝(L
r
+L
m
)/L
r
，M＝nV
o
/V
i
，L
r
为所述谐振电感的电感值，L
m
为所述励磁电感的电感值，n表示所述L
‑
LLC谐振变换器中变压器的变比大小，V
o
表示所述L
‑
LLC谐振变换器的输出电压，V
i
表示所述L
‑
LLC谐振变换器的输入电压；所述第一模态O对应的电路表达式为：其中，i
rOn1
(θ)为所述第一模态O对应的所述谐振电感的归一化电流，i
mOn1
(θ)为所述第一模态O对应的所述励磁电感的归一化电...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐洪峰，王轶欧，
申请(专利权)人：中车工业研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：