[發明專利]基于虛擬頻率的雙向交直流變換器控制方法

有效

• 申請號: 202110358522.9
• 申請日: 2021-04-01
• 公開（公告）號: CN113098315B
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發明（設計）人: 賈燕冰;任春光;郭東鑫;韓肖清;秦文萍;孟祥齊;張佰富;王弈赫;趙多;孔健生
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: H02M7/797
• 分類號: H02M7/797;H02M3/335;H02M1/14;H02M1/32
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源;曹一杰

本發明涉及交直流微電網領域，具體是基于虛擬頻率的雙向交直流變換器控制方法。本發明解決了傳統控制策略控制環節設計難度大、系統輸出功率與控制參數呈現非線性關系、采用大容量電解電容導致功率密度低的問題。該交直流變換器由雙有源橋變換器和全橋逆變器構成。該方法在傳統移相控制的基礎上加入虛擬頻率控制，實現了控制的線性化；調節開關管驅動信號使得全橋逆變器工作在同步狀態，從而減小輸出側濾波電容的容量，令變換器的設計更趨模塊化，便于系統升級擴容；通過電壓電流雙閉環控制使輸出電流和電壓保持穩定。本發明基于虛擬頻率的雙向交直流變換器控制方法，具有良好的實用性。

技術領域

本發明涉及交直流微電網領域，具體是基于虛擬頻率的雙向交直流變換器控制方法。

背景技術

隨著電力電子技術和分布式電源的快速發展，直流型分布式電源和負荷占比逐步提升，直流微電網與交流微電網結合形成的交直流混合微電網，不僅可以對原有的交流電網提供支撐，還可以減少直流原件接入交流系統產生的損耗，提高了系統的穩定性和經濟型。作為連接交直流微網的關鍵設備，雙向AC/DC變換器承載著控制能量在直流母線和交流電網之間傳遞的任務，對維持電網穩定運行起到了關鍵作用。其中，基于DAB結構的雙向交直流變換器因其具有能量雙向流動、模塊化程度高、軟開關實現簡單、動態響應速度快等優點成為高頻隔離變換器的關鍵模塊。

針對雙向AC/DC變換器的控制策略中，傳統移相調制是最常見的控制方式，三重移相控制策略因其具有三個自由度被廣泛應用，該方案存在三個缺點：變換器采用多級控制策略，導致結構復雜、造價昂貴、控制環節難以設計，增大了系統的模塊數量與設計難度；相移控制的優化算法會導致系統輸出功率與控制參數呈現非線性關系，增加控制的復雜程度，使得變換器的擴展不靈活；穩壓電容體積較大且通常使用電解電容，增加了變換器的故障率的同時也增大了變換器體積。

發明內容

本發明為了解決傳統交直流變換器多級控制，輸出功率與控制參數非線性，硬件體積大，系統設計復雜的技術問題，針對現有技術缺陷，設計了基于虛擬頻率的雙向交直流變換器控制方法。

本發明是基于如下技術方案實現的：一種基于虛擬頻率的雙向交直流變換器控制方法，所述雙向交直流變換器拓撲結構由DAB和有源全橋逆變橋SI構成，DAB包括逆變全橋H₁和整流全橋H₂，兩橋臂通過輔助電感和變壓器組成的磁性網絡相連接，變壓器變比為1:n；直流側通過并聯濾波電容C₁連接逆變全橋H₁，整流全橋H₂的輸出側與電容器C_rec并聯連接，有源全橋逆變橋SI的輸出通過濾波電感L_ac連接交流電網；

將虛擬頻率控制與電壓電流雙閉環控制結合，使得傳輸功率與控制變量線性化；具體如下：

電壓控制模塊中，雙向交直流變換器的交流側母線電壓u_g經鎖相環PLL得開關角頻率w_s；設定直流母線電壓參考值其與雙向交直流變換器的直流側母線實際電壓值u_dc比較后，所得差值經過第一PI控制器得到交流側母線電流參考值電流控制模塊中，雙向交直流變換器交流側母線實際電流i_ac經過Park變換得到交流母線電流直軸分量i_d，交流側母線電流參考值與交流母線電流直軸分量i_d作差后，經過第二PI控制器和Park反變換輸出修正相移量ΔD₁；相移控制量調制模塊中，通過檢測得到的直流側實際電壓值u_dc和交流側電壓u_g，兩電壓值相比得到電壓變比k，經相移計算式1計算得到主相移量將與電流控制模塊輸出的修正相移量ΔD₁相減得到最終相移量D₁，再由相移計算式2得到相移量D₀和D₂，從而輸出脈沖PWM驅動信號控制開關管導通使變換器在給定控制方式下運行；所述的相移計算式1為