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直流变换器建模与控制方法

发布日期:2020-06-09 12:30 来源:http://www.4nic-china.cn 点击:

近年来,跟着科学技术的发展和工业现场的需求,越来越多的功率变换器需求完成能量双向活动的功用。双向直流变换器(Bidirectional DC-DC Converter, BDC)作为衔接两个直流母线的桥梁,因在直流系统中起到至关重要的效果而受到越来越多学者的关注和研讨。

双有源桥(Dual Active Bridge, DAB)直流变换器便是其间一种运用在大功率场合的双向DC-DC变换器。1991年,德国亚琛工业大学的R. W. De Doncker教授提出三相DAB直流变换器,这种拓扑结构在提出后的十几年时刻里并没有成为电力电子范畴研讨的热门,可是跟着大功率和高功率密度运用场合的增多以及电力电子器件和相关技术的不断发展,三相DAB直流变换器逐渐成为近年来研讨的热门。国内外学者对于三相DAB直流变换器的首要研讨方向集中于电路拓扑、调制战略、建模和操控办法等方面。

为了剖析变换器的动态特性和规划闭环操控器,需求树立三相DAB直流变换器精确的动态模型。状况空间均匀法(State Space Averaging, SSA)可以精确反映变换器的工作过程,该办法提出以来在变换器建模范畴取得很大的成功。然而,因为在稳态运行时三相DAB直流变换器的三相电感电流是纯交流量,不满足小纹波假设,因而不能运用状况空间均匀法对其进行建模。

为了处理这一问题,有学者提出了状况空间均匀建模办法(State- Variable Averaging and State-Space Averaging, SVA- SSA)。这种办法可以将变换器的阶数从四阶降为一阶,可是需求对每种或许的开关形式进行讨论建模,因而无法得到一致的建模成果。

有学者提出的基频近似法(First-Harmonic Approximation, FHA)只考虑了操控变量和状况变量的基频成分,利用相量或空间矢量对变换器的大信号变量进行表示,虽易于判断变换器零电压开关(Zero Voltage Switching, ZVS)的完成情况,可是因为疏忽了其他频次成分,所以当引入占空比作为操控变量时,FHA的建模精度较低。

传统的三相DAB直流变换器调制战略是单移相调制战略,该调制办法简略且易于完成,但会造成其在折算后两边直流电压比值远离于1的情况,尤其是负载较轻时会导致DAB的功率较低。为了处理该问题,现在首要的办法是:下降由回流功率所引起的通态损耗,然后进步三相DAB直流变换器功率。

为此,已有相关文献提出了双重移相(Dual- Phase-Shift, DPS)操控和扩展移相(Extend- Phase-Shift, EPS)操控以及三重移相操控办法(Triple-Phase-Shift, TPS)操控战略,即在单移相操控的基础上,在两边有源桥添加自身内移相操控,然后减小这段时刻间隔。

依据相关学者剖析可知,实际上EPS(或DPS)调制战略是TPS调制战略的一个特殊情况。可是,针对TPS操控下的最优操控量计算和选取问题,以上文献均没有给出具体的求解办法,而且,所规划的闭环操控结构常选用固定限幅,当目标值发作较大骤变时,系统动态特性较差。

针对以上存在的问题,国家电网有限公司、西安交通大学电气工程学院等单位的研讨人员,在剖析了三相DAB直流变换器TPS调制战略下工作特性的基础上,选用电流有效值优化调制战略,运用多频重量法表示状况变量并运用内点法来求解出最优的操控变量组;然后,运用二阶广义状况空间均匀法对三相DAB直流变换器进行建模,根据所选用的电流有效值优化调制战略,提出一种加入优化限幅模块的闭环操控办法;最终,选用Matlab/Simulink和PLECS联合仿真对二阶广义状况空间均匀模型与有学者说到的SVA-SSA模型进行比照,得出二阶广义状况空间均匀模型精确性更高的定论。通过搭建一个1.1kW的三相DAB直流变换器实验渠道,验证了所提的闭环操控办法可以有效地加快系统的动态响应速度。


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