[發明專利]一種基于雙移相調制直流變換器的移相變量組合優化方法

有效

• 申請號: 201510246582.6
• 申請日: 2015-05-15
• 公開（公告）號: CN104868740B
• 公開（公告）日: 2017-06-16
• 發明（設計）人: 文輝清
• 申請（專利權）人: 西交利物浦大學
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司32103
• 代理人: 范晴

技術領域

本發明涉及直流變換器，特別涉及一種基于雙移相調制直流變換器的移相變量組合優化方法。

背景技術

作為智能電網儲能系統必要的能量緩沖環節，儲能系統獲得廣泛的應用。例如蓄電池、飛輪和超級電容器等儲能單元通過雙向直流變換器功率界面提供能量緩沖，達到改善電能質量和提高能量利用率的目的。雙向直流變換器的效率優化是儲能系統的關鍵技術之一。特別是考慮到超級電容器和儲能電池的放電深度，變流器將工作于較寬的電壓和功率范圍?？紤]到實際工作的功率范圍極寬，因此全橋變換器工作于極寬的電壓和功率范圍，導致丟失軟開關特性、產生明顯的無功功率和環流，降低功率變換效率。

考慮到傳統移相控制只有一個控制變量，無法實現全電壓和功率范圍內的效率優化，因此必須增加控制變量，例如采用兩個移相變量。而采用雙移相控制時必須充分考慮死區、器件通態壓降、電路寄生阻抗、RC吸收電路、及磁性元件氣隙等非理想因素。實驗測量發現，基于雙移相調制的雙向全橋直流變換器的實際輸出功率以及各工作模式分布等與理論分析結果差異較大，而且采用雙移相調制策略時，因雙向變流器換流暫態引起的移相角漂移、能量死區以及直流偏磁問題，會隨著引入新的移相和脈寬調制變量變得更加復雜。目前基于雙移相調制的功率流模型都是理想模型，忽略了器件特性及開關暫態過程，造成變流器實驗測量效率遠低于理論分析，因此必須在不同時間尺度下建立基于雙移相調制策略的功率流模型，必須考慮到非理想因素、換流暫態過程、各種變流器工況和雙調制策略多種變量組合的影響。

發明內容

為克服上述現有技術的缺陷，本發明提供一種基于雙移相調制直流變換器的移相變量組合優化方法。

本發明的技術方案是：

一種基于雙移相調制直流變換器的移相變量組合優化方法，所述直流變壓器為雙向全橋直流變換器，所述優化方法包括以下步驟：

(1) 將雙向全橋直流變換器的八個開關管Q11～Q14及Q21～Q24的驅動脈沖均設置為頻率相同、占空比為50%的方波；設置變壓器原邊連接的第一全橋變換器B1中的開關管Q11、Q13分別與Q12、Q14的驅動脈沖互補，變壓器副邊連接的第二全橋變換器B2的開關管Q21、Q23分別與Q22、Q24的驅動脈沖互補；同一橋臂上下管器件設置死區，定義死區時間占半個導通周期的比例為M，M的范圍是[0, 0.1]；

(2)采用雙移相調制，變壓器副邊側器件相對于原邊側器件的移相系數設置為D2，其范圍是[0, 1]；變壓器同側器件橋臂間的移相系數設置為D1，其范圍是[0, 1]；

(3)定義輸出功率參考表達式為：，其中VT1表示變壓器原邊電壓，VT2表示折算到原邊的變壓器副邊電壓；

(4)定義變壓器原、副邊器件導通壓降相對于原邊電壓的系數分別為k1和k2，建立雙移相調制各工作模式下考慮死區及器件導通壓降因素的精確功率流模型，雙移相模式下雙向全橋直流變換器的精確功率流模型的標幺值是：

設置該輸出功率模型為優化約束條件；

(5)設置最小電感電流有效值為優化目標方程求解獲取最優變量組合；

(6)將最優變量組合列成表格供實時優化查表用。

本發明的優點是：

本發明所提供的基于雙移相調制雙向全橋直流變換器的移相變量組合優化方法，首先研究器件換流暫態和非理想因素如死區、器件通態壓降等對變流器輸出功率特性的影響以建立考慮死區及管壓降影響的精確功率流數學模型，然后基于最小電感電流有效值原則確定最優變量組合。該方法能克服死區及器件導通壓降對輸出功率的影響，優化結果能直接用于控制，再無需死區補償操作，能精確控制輸出功率并提高變換器效率。

附圖說明

下面結合附圖及實施例對本發明作進一步描述：

圖1為本發明方法控制的雙向全橋直流變換器的拓撲結構示意圖；

圖2為本發明所述方法考慮死區及器件導通壓降影響的雙移相調制工作模式開關驅動時序圖及典型工作波形；

圖3為本發明采用精確功率模型并以最小電感電流有效值為優化目標的最優移相變量組合分布圖。

具體實施方式