基于PFM/PSM的LLC谐振变换器集成PLC的方法、系统、设备及介质技术方案

本发明专利技术提供基于PFM/PSM的LLC谐振变换器集成PLC的方法、系统、设备及介质，根据全桥LLC谐振变换器全桥整流拓扑结构，采用基谐波分析方法得到LLC谐振变换器的等效电路FHA模型，采用PFM调制策略对LLC谐振变换器实现宽范围的输出电压调节；根据LLC谐振变换器小信号模型，采用PSM在输入电压引入零电压调节输出电压扰动，利用输入电压扰动和输出电压扰动的线性关系，完成LLC谐振变换器集成PLC；本申请PFM用于功率调制，PSM用于信息调制，保证了LLC谐振变换器宽范围输出电压；满足不同工况下的PLC需求，且不影响电能质量及软开关性能；用简单的运放及其外围电路代替了通信控制器或耦合元件，减小系统体积，降低了系统成本。降低了系统成本。降低了系统成本。

【技术实现步骤摘要】
基于PFM/PSM的LLC谐振变换器集成PLC的方法、系统、设备及介质


[0001]本专利技术属于电力电子功率转换及电力线通信领域，具体涉及基于PFM/PSM的LLC谐振变换器集成PLC的方法、系统、设备及方介质。

技术介绍

[0002]在能源需求和环境保护的双重压力下，分布式发电技术获得了越来越多的重视和应用。但是大量的分布式电源，如太阳电池、燃料电池、风力机和小型燃气轮机热电联产等，直接并网将会对电网调峰和系统的安全运行造成显著的影响，采用微网形式并入主网是较为有效的途径。直流微网和交流微网相比，直流微网不需要对电压的相位和频率进行跟踪，可控性和可靠性大大提高，因而更加适合DER与负载的接入。和交流微网类似，直流微网的运行也需要通过配网级、微网级和单元级各控制器间的通信来采集不同特性的DER单元信息。以电力电子器件为接口电路的DER单元与常规同步机的特性有很大的差别，因此微网的运行控制与能量管理过程中对通信技术的可靠性和速度提出了更严格的要求。
[0003]PLC相对于现场总线不需要线路投资，对于光伏网络、储能网络等结构稳定的直流微网是一个经济的选择。对于传统PLC，额外的电感或电容耦合单元将数据信号嵌入电力线中，增加了系统成本和体积。现有技术中采用Buck变换器、Boost变换器或移相全桥变换器的调制方法为基于固定频率的PWM，但是纹波幅值小且不可控，限制了PLC的通信距离；利用控制环调节输出扰动要求较高的截止频率以使输出电压扰动获得足够大的幅值和足够高的频率，难以提高通信速率；LLC谐振变换器由于具有谐振槽，普遍使用PFM调节输出电压，通过采用PSM与PFM混合调制可以同时实现调节输出功率及输出扰动。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供基于PFM/PSM的LLC谐振变换器集成PLC的方法、系统、设备及介质，保持了宽范围输出电压，具有通信信号强度可控、硬件简化等优点，可提高直流微网的经济性，保证通信安全性。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0006]基于PFM/PSM的LLC谐振变换器集成PLC的方法，包括以下步骤：
[0007]根据全桥LLC谐振变换器全桥整流拓扑结构，采用基谐波分析方法得到LLC谐振变换器的等效电路FHA模型，采用PFM调制策略对LLC谐振变换器实现宽范围的输出电压调节；
[0008]根据LLC谐振变换器小信号模型，采用PSM在输入电压引入零电压调节输出电压扰动，利用输入电压扰动和输出电压扰动的线性关系，完成LLC谐振变换器集成PLC。
[0009]进一步，所述宽范围的输出电压为：
[0010][0011]其中，V
ab
为谐振槽输入电压的基波，V
o_ac
为谐振槽输出电压的基波，Z
ac
为二次侧等效阻抗，Lm为励磁电感，Lr为谐振电感，Cr为谐振电容，Zac为等效交流负载。
[0012]进一步，所述等效电路FHA模型的电压增益M
PFM
定义为nV
o
/V
in
，得到电压增益M
PFM
为：
[0013][0014]其中，K为电感比、Q为品质因素、f
n
为开关频率与谐振频率比值。
[0015]进一步，所述PSM调节扰动，其输入电压波形的傅里叶分解及傅里叶系数为：
[0016][0017]a0＝0
[0018]a
n
＝0
[0019][0020]其中，a0为直流分量，a
n
、b
n
为谐波分量幅值，ω为开关频率对应的角频率，d为正半方波在一个开关周期T内的占空比。
[0021]进一步，所述占空比d为：
[0022][0023]其中，为移相角，移相角的扰动可以产生对应频率的输入电压扰动，从而产生输出电压扰动，使输出电压携带信息。
[0024]进一步，所述移相角的扰动频率分别为f0和f1，使用频率f0的扰动发送信号“0”，使用频率f1的扰动发送数据“1”，构成BFSK信息调制；
[0025]若开关频率为f
s
，控制环截止频率为f
c
，则满足f
c
<f0,f1<<f
s
，避免扰动信号受开关纹波的影响及保证输出电压电能质量。
[0026]进一步，扰动频率f0和f1采用DFT进行采样，若等间隔采样速率为f
sam
，则DFT的频域分辨率f
DFT
为N为一个DFT周期内的采样点数；
[0027]若f0＝k0f
DFT
，f1＝k1f
DFT
，k0，k1为不相等的正整数，且|k1‑
k0|＝1，则信息数据被准确解调。
[0028]一种基于PFM/PSM混合调制的LLC谐振变换器集成PLC的系统，包括
[0029]PFM调制模块，用于根据全桥LLC谐振变换器全桥整流拓扑结构，采用基谐波分析方法得到LLC谐振变换器的等效电路FHA模型，采用PFM调制策略对LLC谐振变换器实现宽范围的输出电压调节；
[0030]PSM调节模块，用于根据LLC谐振变换器小信号模型，采用PSM在输入电压引入零电压调节输出电压扰动，利用输入电压扰动和输出电压扰动的线性关系，完成LLC谐振变换器集成PLC。
[0031]一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现基于PFM/PSM的LLC谐振变换器集成PLC的方法的步骤。
[0032]一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现基于PFM/PSM的LLC谐振变换器集成PLC的方法的步骤。
[0033]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0034]本专利技术提供基于PFM/PSM的LLC谐振变换器集成PLC的方法、系统、设备及介质，根据全桥LLC谐振变换器全桥整流拓扑结构，采用基谐波分析方法得到LLC谐振变换器的等效电路FHA模型，采用PFM调制策略对LLC谐振变换器实现宽范围的输出电压调节；根据LLC谐振变换器小信号模型，采用PSM在输入电压引入零电压调节输出电压扰动，利用输入电压扰动和输出电压扰动的线性关系，完成LLC谐振变换器集成PLC；本申请采用PFM/PSM混合调制即可同时实现功率转换和信号调制，PFM用于功率调制，PSM用于信息调制，在通信与功率的解耦调制下，保证了LLC谐振变换器宽范围输出电压；满足不同工况下的PLC需求，并且不影响电能质量及软开关性能；用简单的运放及其外围电路代替了通信控制器或耦合元件，减小系统体积及节约了有线通信线路，本申请LLC谐振变换器在输出功率1.5kW的范围内，PLC速率可达1kb/s；降低了系统成本，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于PFM/PSM的LLC谐振变换器集成PLC的方法，其特征在于，包括以下步骤：根据全桥LLC谐振变换器全桥整流拓扑结构，采用基谐波分析方法得到LLC谐振变换器的等效电路FHA模型，采用PFM调制策略对LLC谐振变换器实现宽范围的输出电压调节；根据LLC谐振变换器小信号模型，采用PSM在输入电压引入零电压调节输出电压扰动，利用输入电压扰动和输出电压扰动的线性关系，完成LLC谐振变换器集成PLC。2.根据权利要求1所述基于PFM/PSM的LLC谐振变换器集成PLC的方法，其特征在于，所述宽范围的输出电压为：其中，V
ab
为谐振槽输入电压的基波，V
o_ac
为谐振槽输出电压的基波，Z
ac
为二次侧等效阻抗，Lm为励磁电感，Lr为谐振电感，Cr为谐振电容，Zac为等效交流负载。3.根据权利要求1所述基于PFM/PSM的LLC谐振变换器集成PLC的方法，其特征在于，所述等效电路FHA模型的电压增益M
PFM
定义为nV
o
/V
in
，得到电压增益M
PFM
为：其中，K为电感比、Q为品质因素、f
n
为开关频率与谐振频率比值。4.根据权利要求1所述基于PFM/PSM的LLC谐振变换器集成PLC的方法，其特征在于，所述PSM调节扰动，其输入电压波形的傅里叶分解及傅里叶系数为：a0＝0a
n
＝0其中，a0为直流分量，a
n
、b
n
为谐波分量幅值，ω为开关频率对应的角频率，d为正半方波在一个开关周期T内的占空比。5.根据权利要求4所述基于PFM/PSM的LLC谐振变换器集成PLC的方法，其特征在于，所述占空比d为：其中，为移相角，移相角的扰动可以产生对应频率的输入电压扰动，从而产生输出电压扰动，使输出电压携带信息。6.根据权利要求5所述基于PFM/PSM的LLC谐振变换器集成PLC的方法，其特征在于，所述移相角的扰动频率分别为f0和f1，使用频率f0的扰动发...

【专利技术属性】
技术研发人员：何英杰，刘章敏，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：