一種DAB優化運行軟開關下防止電流回流的方法與流程
2023-08-09 01:12:26
本發明涉及dc/dc變流器，特別是一種dab優化運行軟開關下防止電流回流的方法。
背景技術：
隨著電力電子技術的發展，高頻隔離功率轉換技術將越來越多的應用到電網中，成為實現電網中快速靈活控制的重要手段。基於移相控制(phaseshiftmodulationscheme,psms)技術的雙有源全橋變流器(dualactivebridge-isolatedbidirectionaldc/dcconverter，簡稱為dab)具有功率密度高、動態響應快、容易實現軟開關、功率能雙向流動等優點，在不間斷電源、電動汽車、固態變壓器等場合廣受歡迎。常見的dab變流器控制方式為移相控制，在高頻變壓器的原邊埠和副邊埠產生具有相對相移的電壓方波，同時通過控制原邊和副邊兩個全橋電路斜對角開關器件驅動的相對相移，改變電壓方波的佔空比，從而調節流經變流器的功率。根據控制變量的選擇，常見的dab變流器的調製方式有：單移相調製(singlephaseshiftmodulation,spsm)、雙重移相調製(dualphaseshiftmodulation,dpsm)、擴展移相調製(extendedphaseshiftmodulation,epsm)和三重移相調製(triplephaseshiftmodulation,tpsm)等。其中tpsm具有三個獨立的控制量，是最一般的調製方式，spsm、dpsm和epsm均可以視為tpsm的簡化形式。因而tpsm最具有靈活性，可以通過合理地約束控制量之間的關係，使得dab變流器在傳輸相同的功率時，減小流經變壓器電流的有效值，降低器件的電流應力，從而提高系統效率。
對於dab而言，不僅要求其電流運行畸變最小，而且要求其功率器件工作在軟開關，這樣，其開通、關斷損耗才會達到最小，運行效率達到最高。然而，dab在輕載下，負載電流較小，會出現電流回流的問題，影響了dab的正常運行。
技術實現要素：
針對上述問題，本發明的目的是提供一種dab優化運行軟開關下防止電流回流方法。該方法給出了電流效率優化情況下dab軟開關工作下輕載時防止電流回流的條件，確保了dab的正常運行。
本發明的技術解決方案如下：
一種dab優化運行軟開關下防止電流回流方法，所述的dab(dual-active-bridge,雙有源全橋變流器)由直流電壓源、原邊單相全橋(h1)、副邊單相全橋(h2)、高頻隔離變壓器、高頻電感l和控制器組成，所述的原邊單相全橋h1的4個全控開關器件為s1～s4，副邊單相全橋h2的4個全控開關器件為q1～q4；所述的原邊單相全橋的直流母線的正極與對應直流電壓源的正極相連，原邊單相全橋的直流母線的負極與對應的直流電壓源的負極相連，原邊單相全橋的交流側通過隨時隨地高頻電感l與高頻隔離變壓器的原邊相連；所述的副邊單相全橋的直流母線正極與對應直流負載的正極相連，副邊單相全橋的直流母線的負極與對應的直流負載的負極相連，副邊單相全橋的交流側與高頻隔離變壓器副邊相連，所述的高頻隔離變壓器的變比為n:1；所述的原邊單相全橋的開關器件s1～s4的控制信號的輸入端和副邊單相全橋的開關器件q1～q4的控制信號的輸入端與所述的控制器對應的開關信號的輸出端相連；
所述的控制器包括乘法器、比較器、pi控制器和調製單元，乘法器有兩個信號輸入端，分別測量所述的dab的副邊直流負載的電壓v2和電流i2，電壓v2和電流i2通過乘法器計算出負載功率po，負載功率po與給定功率pref經比較器輸出k，所述的調製單元輸出開關控制信號的輸出端分別與所述的dab的原副邊全橋相應的開關器件s1～s4與q1～q4的控制信號的輸入端相連；其特徵在於，該方法包括如下步驟：
1)測量dab的輸出電壓v2，所述的控制器按公式(1)計算電壓傳輸比：
其中，v1為dab輸入電壓給定值，n為變壓器的變比，v1、n兩個參數作為初值預先設定；
2)通過下述公式計算dab在輕載情況下軟開關移相比控制量：
d1,zvs＝k*m
d2,zvs＝α×(d1,zvs-d0,zvs)(2)
其中，d1,zvs表示dab埠1的h1內部移相比，d2,zvs表示dab副邊端接口2的h2內部移相比，d0,zvs表示dab兩個埠h1與h2之間的移相比；k為dab埠1全橋內部移相比d1,zvs與電壓傳輸比m之間的係數，取值為0.2～0.3，α表示係數，取值為0.1～1；
3)軟開關條件：
原邊全橋內部移相比d1,zvs，副邊全橋內部移相比d2,zvs，原副邊之間的移相比d0,zvs滿足軟開關的條件如下公式：
輕載下：
4)防止回流方法：
控制量d1,zvs，d2,zvs滿足以下條件：
5)所述的控制器按所述的原邊全橋內部移相比d1,zvs，副邊全橋內部移相比d2,zvs，原副邊之間的移相比d0,zvs形成驅動信號脈衝按時序輸入並控制所述的原邊單相全橋(h1)、副邊單相全橋(h2)的工作，完成調製過程，即可防止dab電流優化運行軟開關下的輕載時電流的回流，確保dab軟開關下的正常工作。與現有技術相比，本發明的特點如下：
1.解決了dab輕載時電流的回流，確保dab軟開關下的正常工作。
2.既實現了電流畸變最小，又實現了dab功率器件的軟開關，減小了開關損耗。
附圖說明
圖1是本發明dab系統的構成圖。
圖2是本發明dab輕載下工作在軟開關的電壓、電流波形示意圖。
圖3是本發明dab輕載下符合軟開關條件的三個控制量臨界表面示意圖。
具體實施方式
下面結合實施例和附圖對本發明作進一步說明，但不應以此限制本發明的保護範圍。
先請參閱圖1，圖1是本發明基於電流效率優化的dab的軟開關方法的系統構成圖。圖2是本發明dab輕載下工作在軟開關的電壓、電流波形示意圖。圖3是本發明dab符合軟開關條件的三個控制量臨界表面示意圖，其中d0,zvs、d1,zvs、d2,zvs分別用d0、d1、d2表示。
本發明基於電流效率優化的dab的軟開關方法的具體實現如下：
根據dab兩個埠的電壓v1，電壓v2和高頻變壓器變比n，根據式(1)的電壓調製比控制器計算電壓傳輸比m。輸出電壓v2與輸出電流i2通過測量得到。輸入電壓v1和變壓器變比n由具體裝置決定，由設計人員輸入到控制器中。通過乘法器得到dab帶載功率po，通過比例積分(pi)控制器，pi控制器參數kp和ki由預先設定，取值範圍為：0.001≤kp≤10，0.001≤ki≤10。然後將得到的pi控制器輸出k與電壓傳輸比m，輸出給控制器中的調製單元，根據式(2)計算出輕載下3個移相控制量d1,zvs、d2,zvs、d0,zvs，根據式(3)，計算軟開關的條件。根據式(4)，計算防止負載電流回流的條件。最後驅動功率器件s1～s4，q1～q4，控制dab功率器件的動作，實現軟開關下負載電流的回流。
如圖2所示，vp為功率器件s1的電壓波形，vs為功率器件q1的電壓波形，il功率器件q1的電流波形，從中可以看出，雖然負載電流較小，但並沒有出現回流問題，確保了dab的正常運行。
由此可見，根據本發明所示的調製方法，在電流優化運行下dab軟開關工作時，避免了輕載下負載電流的回流。