[發(fā)明專利]一種適用于直流變壓器的逆死區(qū)直接功率控制系統(tǒng)和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110033153.6
• 申請日: 2021-01-11
• 公開（公告）號: CN112803776B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周俊;王一;李思;梅紅明;劉樹;王皆慶
• 申請（專利權(quán)）人: 北京四方繼保自動化股份有限公司;北京四方繼保工程技術(shù)有限公司
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02M1/38
• 代理公司: 北京智繪未來專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11689
• 代理人: 趙卿

本發(fā)明公開了一種直流變壓器的逆死區(qū)直接功率控制方法及系統(tǒng)，包括：根據(jù)直流變壓器拓撲與運行特性，得到直流變壓器在考慮死區(qū)影響情況下的傳輸功率表達式；將實際所需功率與實際測量功率之差進行PI控制，得到功率指令標幺值P2；判斷電壓變比d的范圍；判斷功率指令標幺值P2的范圍；根據(jù)不同電壓變比d、功率指令標幺值P2及死區(qū)時間T，計算得到對應(yīng)情況下的外移相比d0值；將外移相比d0值發(fā)送到PWM脈沖控制程序，計算得到新的PWM脈沖控制指令。本發(fā)明能夠有效對死區(qū)效應(yīng)分工況進行控制，進而實現(xiàn)死區(qū)補償，降低開關(guān)器件死區(qū)效應(yīng)的影響。同時能夠有效提升開環(huán)控制精度，大大提升直流變壓器的動態(tài)響應(yīng)速度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及移相全橋DC/DC組合構(gòu)成的ISOP(輸入串聯(lián)輸出并聯(lián))型直流變壓器，屬于配電網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域。更具體地，涉及一種直流變壓器的逆死區(qū)直接功率控制系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

在眾多直流變換器中，移相全橋DC/DC組合構(gòu)成的ISOP型直流變壓器作為發(fā)展較為成熟的直流變換裝置，在直流配電網(wǎng)的應(yīng)用中體現(xiàn)了巨大的技術(shù)優(yōu)勢。目前直流變壓器的研究主要集中在移相全橋的基本控制方法、開關(guān)器件、高頻變壓器參數(shù)優(yōu)化設(shè)計等方面。

ISOP型直流變壓器以DAB變換器(雙有源橋變換器)為基本組成單元，DAB變換器由兩個全橋變換器和一個中頻變壓器組成，中頻變壓器主要用于電磁隔離。隨著更高的基波頻率的使用，此類DC-DC變換器的尺寸和重量將被大大降低，并且不影響效率。通過移相全橋內(nèi)、外移相角的控制實現(xiàn)功率的流動，可以實現(xiàn)軟開關(guān)從而降低損耗。此外ISOP結(jié)構(gòu)更容易實現(xiàn)由高電壓到低電壓的電壓變換，適合直流配電網(wǎng)的應(yīng)用。

雙有源全橋雙移相DC/DC變換器(DAB)是直流變壓器的基本單元，其控制方式為移相控制。移相控制利用高頻變壓器漏感制造全橋兩端的電壓差以此進行能量的傳遞，通過控制變換器兩側(cè)全橋開關(guān)器件的觸發(fā)順序，在原副邊產(chǎn)生具有相位差的高頻方波脈沖信號，通過對移相角的調(diào)節(jié)改變漏感上的電壓從而控制功率傳輸?shù)拇笮『头较颉?/p>

移相控制型DAB變換器有多種移相控制方式，包括外移相控制、單邊脈寬調(diào)制、雙邊脈寬調(diào)制方法、以及諧振型移相控制方法。

其中，移相控制型DAB變換器的開關(guān)周期內(nèi)，原邊全橋開關(guān)電路的一個橋臂中上下管互補導(dǎo)通，并且存在一個互補導(dǎo)通死區(qū)時間。原邊全橋開關(guān)電路和副邊全橋開關(guān)電路輸出的交流方波之間存在一個移相角，該移相角稱為DAB變換器的外移相角。當原邊兩個上橋臂的開關(guān)管導(dǎo)通之間存在一個移相角，則該移相角稱為原邊全橋開關(guān)電路的內(nèi)移相角。副邊全橋開關(guān)電路也可設(shè)置副邊全橋開關(guān)電路的內(nèi)移相角。

外移相控制方法通過調(diào)節(jié)DAB變換器兩側(cè)全橋輸出交流方波之間的外移相角，調(diào)節(jié)改變漏感上的電壓從而控制功率傳輸?shù)拇笮『头较颉芜吤}寬調(diào)制方法，是在外移相控制方法的基礎(chǔ)上，在原邊全橋開關(guān)電路中增加了內(nèi)移相角控制，增加了控制的維度。區(qū)別于單邊脈寬調(diào)制方法，雙邊脈寬調(diào)制分別控制外移相角、原邊內(nèi)移相角和副邊內(nèi)移相角三個變量。諧振型移相控制利用由高頻變壓器漏感和電容組成的串聯(lián)諧振單元造成全橋兩端的電壓差以此進行能量的傳遞。

現(xiàn)有的直流變壓器，其通用功率控制方法為閉環(huán)PI控制：利用功率指令與實際測量功率之差進行PI控制，實現(xiàn)實際功率對功率指令的跟隨，從而實現(xiàn)直接功率控制。

直流變壓器中的IGBT開關(guān)頻率較高，死區(qū)時間的存在會導(dǎo)致輸出功率與移相角關(guān)系畸變，導(dǎo)致直流變壓器功率傳輸特性變差，國內(nèi)廠家一般進行閉環(huán)PI控制，這必然會影響到功率控制精度和響應(yīng)速度。

隨著開關(guān)器件的發(fā)展，開關(guān)頻率有了很大的提升。而同時也會由于開關(guān)頻率的增加，帶來越來越大的死區(qū)效應(yīng)。對死區(qū)效應(yīng)分工況進行全面研究，進而實現(xiàn)死區(qū)補償，對于降低開關(guān)器件死區(qū)效應(yīng)的影響，實現(xiàn)準確快速的直接功率控制具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上技術(shù)缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種適用于采用外移相控制方法的直流變壓器的逆死區(qū)直接功率控制方法，能夠有效消除死區(qū)時間會對DAB變換器輸出功率控制的影響。