一種三重移相控制下DAB變換器全局優化閉環控制方法與流程
2023-06-10 14:07:36 1
本發明涉及dc/dc高頻隔離變換，特別是一種三重移相控制下dab變換器全局優化閉環控制方法。
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，為了提高運行效率，提高輸入輸出功率的轉換效率，需要實現全局的優化運行，如何通過閉環控制，實現全局優化，是提高dab運行性能所面臨的問題。
技術實現要素：
針對上述問題，本發明的目的是提供一種三重移相控制下dab變換器全局優化閉環控制方法。該方法通過閉環控制，自動實現全局優化運行，提高了dab的運行性能。
本發明的技術解決方案如下：
一種三重移相控制下dab變換器全局優化閉環控制方法，所述的dab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的四個全控開關器件為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；
所述的控制器包括採樣、pi控制器和調製單元，採樣有兩個信號輸入端，分別測量所述的dab的輸入電壓vin和輸出電壓vout，經pi控制器輸出x，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；其特點在於，該方法包括如下步驟：
1)所述的控制器按公式(1)計算電壓傳輸比：
其中，vin為dab輸入電壓，vout為dab輸出電壓，n為高頻隔離變壓器的變比，參數n作為初值預先設定，vin與vout通過採樣測量得到；
2)所述的控制器按照公式(2)計算pi控制器輸出x：
x＝kp(vref-vin)+ki∫(vref-vin)dt(2)
其中，kp、ki為pi控制器參數，預設為0.1≤kp≤10，0.001≤ki≤1；
3)dab全局優化閉環控制三個移相比控制量的計算：
由以上式(2)得到的x的範圍，計算相應的3個移相比控制量：
i)如果x≥1，則
d1,opt＝0
d2,opt＝0(3)
ii)如果m≤x≤1，則
d1,opt＝f2(x)＝1-x
d2,opt＝h2(d1,opt)＝0(4)
iii)0≤x≤m，則
d1,opt＝f1(x)＝1-x
其中，d1,opt表示dab埠1的h1內部移相比，d2,opt表示dab副邊端接口2的h2內部移相比，d0,opt表示dab兩個埠h1與h2之間的移相比，下標opt表示優化；
4)所述的控制器按所述的原邊全橋內部移相比d1,opt，副邊全橋內部移相比d2,opt，原副邊之間的移相比d0,opt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，即可實現三重移相控制下dab變換器的全局優化閉環控制，自動實現dab全局優化運行。
與現有技術相比，本發明的特點如下：
1.通過閉環控制，自動實現了dab運行的全局優化。
2.本發明提升了dab的運行性能。
附圖說明
圖1是本發明dab的系統構成圖。
圖2是本發明中dab調製比m＝0.6時的運行效率。
圖3是本發明中dab調製比m＝0.8時的運行效率。
圖4是本發明中dab調製比m＝1.15時的運行效率。
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是本發明三重移相控制下dab變換器全局優化閉環控制方法的系統構成圖。圖2、圖3、圖4是本發明中dab在不同電壓調製比下的工作運行效率與傳統的單重移向比方法進行比較，圖2～4中，紅色曲線dopt為本發明的三重移向比下dab的全局優化控制方法，藍色曲線sps為傳統的單重移向比調製方法，其中圖2、圖3、圖4分別為本發明中dab調製比為m＝0.6、m＝0.8、m＝1.15時的運行效率，在不同調製比下，dab在全功率範圍內都比單重移向比調製方法效率高，最低效率在96％左右，最高效率超過98％，大大提高了dab的運行效率。由此可以看出，本發明的dab的閉環控制方法，能夠實現dab的全局優化運行。
本發明三重移相控制下dab變換器全局優化閉環控制方法的具體實現如下：
分別測量所述的dab的輸入電壓vin和輸出電壓vout，和高頻變壓器變比n(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)，根據式(1)的電壓調製比控制器計算電壓傳輸比m；根據式(2)，將dab輸出電壓參考值vref與輸出電壓vout之差經pi控制器輸出x。然後將得到的x與m，輸出給控制器中的調製單元，根據式(3)～(5)計算出3個移相控制量d1,opt、d2,opt、d0,opt，最後驅動功率器件s1～s4，q1～q4，控制dab功率器件的動作，實現優化運行。
圖2～圖4為本發明中dab在不同電壓調製比下的運行效率，在全功率範圍內都比單重移向比調製方法效率高。由此可見，本發明的dab的閉環控制方法，能夠實現dab的全局優化運行。