基于制造技术

本发明专利技术公开了基于

【技术实现步骤摘要】
基于DAB变换器统一模型的基波环流优化控制方法及其系统


[0001]本专利技术涉及电力电子
，具体涉及基于
DAB
变换器统一模型的基波环流优化控制方法及其系统
。

技术介绍

[0002]分布式电源及储能具有供电可靠性高及接入系统方便等优点，成为能源互联网建设的重点，但其需要通过功率转换系统
(Power Conversion System
，
PCS)
才能接入电网
。
因此，
20
世纪末
Doncker
等人提出了双主动全桥
DC
‑
DC(Dual Active Full Bridge
，
DAB)
变换器，其中的高频隔离技术取代传统工频隔离技术可以减小
PCS
运行噪声，提高功率密度
。DAB
变换器具有电气隔离
、
电压变换范围可调
、
功率双流向
、
软开关易实现
、
体积小且重量轻等优点，被广泛应用于分布式电源
、
新能源汽车
、
直流固态变压器和能量路由器等

。
[0003]DAB
变换器控制方式主要有：
①
移相控制，即通过控制变换器功率开关管的触发导通时刻，在变压器两侧生成具有内移相的两电平或者三电平方波，通过调节二者的外移相来控制变换器传输功率的大小和方向，其触发脉冲占空比固定为
0.5。
②
非对称占空比控制，此时开关管触发脉冲占空比不再为
0.5。
③
变频控制，即通过控制开关管的开关频率
f
s
来调节功率基值
P
base
，从而调整变换器的传输功率范围
。
上述控制方式中移相控制因其原理简单并且电路容易实现，最为常用
。
移相控制又包括单移相
(Single Phase Shife
，
SPS)
控制
、
扩展移相
(Extended Phase Shife
，
EPS)
控制
、
双移相
(Dual Phase Shife
，
DPS)
控制
、
三移相
(Triple Phase Shife
，
TPS)
控制
。
[0004]针对上述四种移相控制方式，如何对
DAB
变换器运行情况进行数学建模，进而选择回流功率
、
电流应力等优化目标进行控制，近年来逐渐成为诸多学者研究的方向
。
现有技术中存在对
DAB
变换器的四种移相控制采用分段线性方法建立稳态下串联电感电流数学模型，采用瞬时功率积分方法建立传输功率与回流功率的数学模型，从而对相关目标进行优化，具体包括：
(1)
采用分段线性方法及瞬时功率积分法分别建立
EPS
控制下
DAB
变换器电感电流
、
传输功率及回流功率的数学模型，并提出
MPC
‑
GD
的控制策略来优化功率环流；
(2)
运用分段线性方法分析在
DPS
控制下
DAB
变换器软开关及功率特性，并对其进行瞬时功率积分建模提出最小回流功率控制；
(3)
均采用分段线性和瞬时功率积分方法建立在
TPS
控制下
DAB
变换器的电感电流峰值及平均功率的数学模型，分别选取电流有效值和应力进行目标优化；
(4)
运用分段线性和瞬时功率积分方法建立在
TPS
控制下
DAB
变换器电流及功率的数学模型，通过
KKT
条件优化电流应力
。
[0005]然而，随着控制自由度增多，
DAB
变换器不同控制方式下的工作模态种类繁多且不尽相同，上述数学建模方法计算量巨大，且过程复杂，不具有普适性
。
针对不同工作模态数学模型纷繁复杂的问题，构建适用于不同移相控制方式的统一模型尤为必要
。
傅里叶分解方法可将复杂的时域分析问题转化为频域分析问题，极大的简化了时域分析的计算过程，得到了广大学者的关注和研究，其中部分研究为采用广义傅里叶分解方法建立
DAB
变换器全阶连续时间平均模型进行动态分析，准确预测小信号频率响应；还包括采用傅里叶分解
方法将
DAB
变换器的动态方程转换为稳态相量形式，推导出适用于
SPS、EPS
及
DPS
控制的统一复功率模型，得到
DAB
变换器功率分区
。
上述研究虽然采用傅里叶分解方法建立起统一模型，但未对功率环流进行优化
。
功率环流的存在会增大
DAB
变换器的容量，产生功率损耗，降低工作效率，因此对
DAB
变换器建立统一模型后，对功率环流进行优化非常必要
。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供了基于
DAB
变换器统一模型的基波环流优化控制方法及其系统，用以至少解决现有技术中
DAB
变换器在不同工作模式下，采用分段线性及瞬时功率积分方法进行建模时，数学模型复杂且不具有普适性的问题
。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]基于
DAB
变换器统一模型的基波环流优化控制方法，其中
DAB
变换器的主电路拓扑结构包括变比为
n:1
的高频隔离变压器
T
和两侧的主动全桥：
H1和
H2，定义两桥内移相比
D1和
D2分别为全桥交流测电压
v
H1
(t)
和
v
H2
(t)
的占空比，包括以下步骤：
[0009]由当前参考电压和实际电压的差值获取参考电流，根据参考电流和实际电流的差值获取当前方波交流电压基波分量移相比
D
f
；
[0010]获取当前周期的输入电压
V
in
和输出电压
V
o
，通过
V
o
和
V
in
得到
DAB
变换器的电压变换比
q
，基于基波环流最优模型，根据电压变换比
q
获得下一开关周期的内移相比
D1和
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
基于
DAB
变换器统一模型的基波环流优化控制方法，其中
DAB
变换器的主电路拓扑结构包括变比为
n:1
的高频隔离变压器
T
和两侧的主动全桥：
H1和
H2，定义两桥内移相比
D1和
D2分别为全桥交流测电压
v
H1
(t)
和
v
H2
(t)
的占空比，其特征在于，包括以下步骤：由当前参考电压和实际电压的差值获取参考电流，根据参考电流和实际电流的差值获取当前方波交流电压基波分量移相比
D
f
；获取当前周期的输入电压
V
in
和输出电压
V
o
，通过
V
o
和
V
in
得到
DAB
变换器的电压变换比
q
，基于基波环流最优模型，根据电压变换比
q
获得下一开关周期的内移相比
D1和
D2；其中基波环流最优模型基于
DAB
变换器统一模型得到，基波环流最优模型为：根据移相控制的统一描述中
D
f
与
D1和
D2之间的关系计算两桥外移相比
D
12
：通过
D
12
实时调节系统的回流功率
。2.
根据权利要求1所述的基于
DAB
变换器统一模型的基波环流优化控制方法，其特征在于，通过
V
o
和
V
in
得到
DAB
变换器的电压变换比
q
的具体方法为：
q
＝
(nV
o
)/V
in
ꢀꢀꢀ
(3)。3.
根据权利要求1所述的基于
DAB
变换器统一模型的基波环流优化控制方法，其特征在于，基于
DAB
变换器统一模型得到基波环流最优模型的具体步骤包括：
S1.
进行移相控制统一描述；
S2.
根据
DAB
变换器开关开通和关断顺序获取
H1桥和
H2桥的开关函数
s1(t)
和
s2(t)
，进而获取
H1桥和
H2桥分别对应的交流电压
v
H1
(t)
和
v'
H2
(t)
与
s1(t)
和
s2(t)
之间的关系，对
v
H1
(t)
和
v'
H2
(t)
进行傅里叶级数分解后得到交流电压的统一模型；
S3.
根据串联电感
L
两端电压
v
L
(t)
获取电感电流
i
L
(t)
，结合
DAB
变换器电感电流具有周期对称性，设置
α
k
＝
kD1π
/2,
β
k
＝
kD2π
/2,
δ
k
＝
kD
f
π
，其中
k
＝
1,3
…
，得到交流电压
v
H1
(t)
和
v'
H2
(t)
及电感电流
i
L
(t)
的统一模型；
S4.
根据有功功率与电流电压及相位关系，得到电压和电流的
k
倍频分量产生的有功功率
P
k
，根据
P
k
得到传输功率统一模型
P
；根据无功功率与电压电流及相位关系，得到电压和电流的
k
倍频分量产生的无功功率
Q
k
，以及电压和电流不同频率的正弦分量产生的无功功率
Q
m≠k
，其中
m
为电压的倍频数；结合
P
k
、Q
k
和
Q
m≠k
得到视在功率
S
，根据传输功率统一模型
P
和视在功率
S
获得无功功率统一模型
Q
；
S5.
基于传输功率统一模型
P
和视在功率
S
获取有功功率基波分量
P1及视在功率基波分量
S1，结合环流特性统一描述获取基波功率因数
λ1，当
λ1为最大值1时，无功功率基波分量
Q1为0；
S6.
令
cos(
δ1)≈1
，得到对应的有功功率基波分量
P1：
其中，
T
s
为一个开关周期；在
DAB
变换器传输功率恒定时，为减小外移相角
δ1，使有功功率基波分量
P1中的
sin(
α1)
和
sin(
β1)
最大，则：根据
α
k
＝
kD1π
/2,
β
k
＝
kD2π
/2,
δ
k
＝
kD
f
π
和移相控制统一描述，则：
4.
根据权利要求3所述的基于
DAB
变换器统一模型的基波环流优化控制方法，其特征在于，
S1
的具体内容包括：移相控制方式包括：
(1)SPS
控制：
H1和
H2桥没有内移相角，仅存在两
H
桥间的外移相角，此时
D1＝1，
D2＝
1,0<D
12
≤1
；
(2)EPS
控制：两
H
桥中仅有一个桥存在内移相角，二者之间存在外移相角，此时
0≤D1<1
，
D2＝1，
0<D
12
≤1
或
D1＝1，
0≤D2<1
，
0<D
12
≤1
；
(3)DPS
控制：
H1和
H2桥存在相等的内移相角，二者之间存在外移相角，此时
0≤D1<1
，
D1＝
D2，
0<D
12
≤1
；
(4)TPS
控制：
H1和
H2桥存在不等的内移相角，二者之间存在外移相角，此时
0≤D1<1
，
0≤D2<1
，
D1≠D2，
0<D
12
≤1
；将以上四种控制方法中
D
f
与占空比
D1和
D2及外移相比
D
12
之间的关系统一描述为：
5.
根据权利要求3所述的基于
DAB
变换器统一模型的基波环流优化控制方法，其特征在于，
S2
的具体内容包括：
S21.
根据
DAB
变换器开关开通和关断顺序获取
H1桥和

【专利技术属性】
技术研发人员：余雪萍，彭毅，张长威，彭国辉，曾进辉，
申请(专利权)人：深圳大能电力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：