[發明專利]三相雙有源橋變換器雙向功率無縫傳輸控制方法

有效

• 申請號: 202010186052.8
• 申請日: 2020-03-17
• 公開（公告）號: CN111509982B
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發明（設計）人: 劉芳;周建建;王佳寧;鄧金鑫;楊淑英;吳梓群
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335
• 代理公司: 合肥和瑞知識產權代理事務所(普通合伙) 34118
• 代理人: 王挺

1.一種三相雙有源橋變換器雙向功率無縫傳輸控制方法，所述的三相雙有源橋變換器包括第一直流電源U_h、一個三相雙有源橋和第二直流電源U_l；所述三相雙有源橋包括一個輸入電容C₁、一個原邊三相半橋、三個相同的移相電感，三個相同的高頻隔離變壓器、一個副邊三相半橋和一個輸出電容C₂；三個相同的移相電感分別記為L_a，a＝1，2，3，三個相同的高頻隔離變壓器分別記為T_b，b＝1，2，3；所述輸入電容C₁并聯在第一直流電源U_h的正直流母線P與負直流母線N之間，輸出電容C₂并聯在第二直流電源U_l的正直流母線P^*與負直流母線N^*之間；

所述原邊三相半橋包括6個帶反并聯二極管的開關管，將6個帶反并聯二極管的開關管分別記為開關管S_i，i表示開關管的序號，i＝1，2，…，6，其中，開關管S₁與開關管S₂串聯構成原邊第一相橋臂，原邊第一相橋臂的中點記為點A₁，開關管S₃與開關管S₄串聯構成原邊第二相橋臂，原邊第二相橋臂的中點記為點A₂，開關管S₅與開關管S₆串聯構成原邊第三相橋臂，原邊第三相橋臂的中點記為點A₃；原邊第一相橋臂、原邊第二相橋臂、原邊第三相橋臂相互并聯在正直流母線P與負直流母線N之間，即開關管S₁、開關管S₃、開關管S₅的集電極并聯后連接至正直流母線P，開關管S₂、開關管S₄、開關管S₆的發射極并聯后連接至負直流母線N；

所述副邊三相半橋包括6個帶反并聯二極管的開關管，6個帶反并聯二極管的開關管分別記為開關管Q_j，j表示開關管的序號，j＝1，2，…，6，其中，開關管Q₁與開關管Q₂串聯構成副邊第一相橋臂，副邊第一相橋臂的中點記為點B₁，開關管Q₃與開關管Q₄串聯構成副邊第二相橋臂，副邊第二相橋臂的中點記為點B₂，開關管Q₅與開關管Q₆串聯構成副邊第三相橋臂，副邊第三相橋臂的中點記為點B₃；副邊第一相橋臂、副邊第二相橋臂、副邊第三相橋臂相互并聯在正直流母線P^*與負直流母線N^*之間，即開關管Q₁、開關管Q₃、開關管Q₅的集電極并聯后連接至正直流母線P^*，開關管Q₂、開關管Q₄、開關管Q₆的發射極并聯后連接至負直流母線N^*；

所述點A₁、點A₂、點A₃分別與三個相同的移相電感L_a串聯后與三個相同的高頻隔離變壓器T_b的輸入同名端相連接，高頻隔離變壓器T_b的輸出同名端分別與點B₁、點B₂、點B₃相連接，高頻隔離變壓器T_b的輸入非同名端相連接，高頻隔離變壓器T_b的輸出非同名端相連接；

其特征在于，本控制方法包括以下步驟：

步驟1，采樣第一直流電源U_h的正直流母線P的輸入直流電流I_in，設定輸入直流電流的給定值I_{in_ref}，通過電流環控制方程得到移相值Ph，所述的電流環控制方程如下：

其中，K_p為電流環的比例控制系數，K_i為電流環的積分控制系數，s為拉普拉斯算子；

步驟2，根據步驟1得到的移相值Ph，基于移相控制器得到移相角θ，控制原邊三相半橋與副邊三相半橋的開關管動作，使得輸入直流電流穩定在輸入直流電流的給定值I_{in_ref}，從而控制功率流動，所述功率流動的方向由輸入直流電流的給定值I_{in_ref}決定：

當I_{in_ref}＞0時，功率流動的方向由第一直流電源U_h經過三相雙有源橋流入第二直流電源U_l，

當I_{in_ref}＜0，功率流動的方向由第二直流電源U_l經過三相雙有源橋流入第一直流電源U_h，

當I_{in_ref}＝0，功率不發生流動；

所述移相控制器是基于TMS320F28335微處理器中的EPWM模塊實現的，所述控制過程如下：

步驟2.1，將開關管S_i的驅動信號記為D_i、開關管Q_j的驅動信號為H_j，i＝1，2...6，j＝1，2...6，即開關管S₁、開關管S₂、開關管S₃、開關管S₄、開關管S₅與開關管S₆的驅動信號分別記為驅動信號D₁、驅動信號D₂、驅動信號D₃、驅動信號D₄、驅動信號D₅和驅動信號D₆，開關管Q₁、開關管Q₂、開關管Q₃、開關管Q₄、開關管Q₅與開關管Q₆的驅動信號分別記為驅動信號H₁、驅動信號H₂、驅動信號H₃、驅動信號H₄、驅動信號H₅和驅動信號H₆；

步驟2.2，設驅動信號D₁、驅動信號D₂的三角載波為V₁，驅動信號D₃、驅動信號D₄的三角載波為V₂，驅動信號D₅、驅動信號D₆的三角載波為V₃，驅動信號H₁、驅動信號H₂的三角載波為V₄，驅動信號H₃、驅動信號H₄的三角載波為V₅，驅動信號H₅、驅動信號H₆的三角載波為V₆；

對三角載波V₁、三角載波V₂、三角載波V₃、三角載波V₄、三角載波V₅和三角載波V₆進行如下設置：均為上下計數模式，三角載波頻率均為f、三角載波周期三角載波的波峰值均為PRD；

步驟2.3，設置三角載波V₁、三角載波V₄的初始相位值為Pha₁，此時三角載波V₁、三角載波V₄處于向上計數模式輸出；設置三角載波V₂、三角載波V₅的初始相位值為Pha₂，此時三角載波V₂、三角載波V₅處于向上計數模式輸出；設置三角載波V₃、三角載波V₆的初始相位值為Pha₃，此時三角載波V₃、V₆處于向下計數模式輸出，并令初始相位值Pha₁、Pha₂、Pha₃滿足以下公式，

Pha₁＝0

從而使得驅動信號D₁與驅動信號D₃的相位差為120°，驅動信號D₃與驅動信號D₅的相位差為120°，驅動信號D₂與驅動信號D₄的相位差為120°，驅動信號D₄與驅動信號D₆的相位差為120°，驅動信號H₁與驅動信號H₃的相位差為120°，驅動信號H₃與驅動信號H₅的相位差為120°，驅動信號H₂與驅動信號H₄的相位差為120°，驅動信號H₄與驅動信號H₆的相位差為120°；

步驟2.4，設三角載波V₁、三角載波V₂、三角載波V₃的上升沿比較值為CA₁、下降沿比較值為CA₂，則上升沿比較值CA₁和下降沿比較值CA₂滿足下式：

當三角載波V₁、三角載波V₂、三角載波V₃在向上計數時得到的計數值大于上升沿比較值CA₁時，相應的驅動信號D₁、驅動信號D₃、驅動信號D₅輸出為高電平，當三角載波V₁、三角載波V₂、三角載波V₃在向上計數時得到的計數值小于等于上升沿比較值CA₁時，相應的驅動信號D₁、驅動信號D₃、驅動信號D₅輸出為低電平；當三角載波V₁、三角載波V₂、三角載波V₃在向下計數時得到的計數值小于下降沿比較值CA₂時，相應的驅動信號D₁、驅動信號D₃、驅動信號D₅輸出為低電平，當三角載波V₁、三角載波V₂、三角載波V₃在向下計數時得到的計數值大于等于下降沿比較值CA₂時，相應的驅動信號D₁、驅動信號D₃、驅動信號D₅輸出為高電平；驅動信號D₂與驅動信號D₁互補，驅動信號D₄與驅動信號D₃互補，驅動信號D₆與驅動信號D₅互補，從而使得驅動信號D₁、驅動信號D₂、驅動信號D₃、驅動信號D₄、驅動信號D₅和驅動信號D₆均是占空比為50％的方波；

步驟2.5，設三角載波V₄、三角載波V₅、三角載波V₆的上升沿比較值為CB₁、下降沿比較值為CB₂，則上升沿比較值CB₁和下降沿比較值CB₂滿足下式：

當三角載波V₄、三角載波V₅、三角載波V₆在向上計數時得到的計數值大于上升沿比較值CB₁時，相應的驅動信號H₁、驅動信號H₃、驅動信號H₅分別輸出為高電平，當三角載波V₄、三角載波V₅、三角載波V₆在向上計數時得到的計數值小于等于上升沿比較值CB₁時，相應的驅動信號H₁、驅動信號H₃、驅動信號H₅分別輸出為低電平；當三角載波V₄、三角載波V₅、三角載波V₆在向下計數時得到的計數值小于下降沿比較值CB₂時，驅動信號H₁、驅動信號H₃、驅動信號H₅分別輸出為低電平，當三角載波V₄、三角載波V₅、三角載波V₆在向下計數時得到的計數值大于等于下降沿比較值CB₂時，驅動信號H₁、驅動信號H₃、驅動信號H₅分別輸出為高電平；驅動信號H₂與驅動信號H₁互補，驅動信號H₄與驅動信號H₃互補，驅動信號H₆與驅動信號H₅互補，從而使得驅動信號H₁、驅動信號H₂、驅動信號H₃、驅動信號H₄、驅動信號H₅和驅動信號H₆均是占空比為50％的方波，并同時使得驅動信號H_j與驅動信號D_i之間的相位差為移相角θ；

所述驅動信號H_j與驅動信號D_i之間的相位差為移相角θ指的是：驅動信號D₁與驅動信號H₁、驅動信號D₂與驅動信號H₂、驅動信號D₃與驅動信號H₃、驅動信號D₄與驅動信號H₄、驅動信號D₅與驅動信號H₅、驅動信號D₆與驅動信號H₆之間的相位差均為移相角θ。