动态响应特性是双有源桥(Dual Active Bridge,DAB)dc-dc变换器的一个关键指标。为了提高DAB dc-dc变换器在系统发生扰动时的动态响应速度,在单移相控制的基础上,结合直接功率前馈控制(Direct Power Feed-Forward Control,DPFFC)策略,提...
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动态响应特性是双有源桥(Dual Active Bridge,DAB)dc-dc变换器的一个关键指标。为了提高DAB dc-dc变换器在系统发生扰动时的动态响应速度,在单移相控制的基础上,结合直接功率前馈控制(Direct Power Feed-Forward Control,DPFFC)策略,提出了一种虚拟直接功率控制(Virtual Direct Power Control,VDPC)策略,并建立了VDPC策略下系统发生扰动时的小信号模型,该控制方法无电感、无变压器变比等电路参数参与控制,提高了控制方法的兼容性。最后,在Matlab/Simulink仿真平台上,对虚拟直接功率控制和直接功率前馈控制进行了对比仿真,仿真结果表明:在DAB dc-dc变换器输入电压和负载发生扰动时,虚拟直接功率控制方法具有更快的动态响应性能,且能保证输出电压基本不变。
为解决传统能源短缺和其带来的环境污染问题,风电、光伏和潮汐能等新能源发电技术愈发受到各国重视。但随着分布式电源、直流负荷和电动汽车的大量入网,给电网安全运行带来了挑战。微电网系统是解决上述问题的可行方案,而双向dc-dc变换器能够实现储能设备和直流母线之间的能量传输,成为微电网系统中的重要一环。双有源桥（Dual Active Bridge,DAB）dc-dc变换器因功率密度高、电气隔离、易实现软开关等特性,受到了广泛关注。为此,本文以DAB变换器为研究对象,进行了性能优化控制策略方面的研究,主要内容如下:（1）介绍了传统单移相控制下DAB变换器的基本工作原理,分析了单移相控制的功率模型、电流应力和零电压开通特性。结果表明,在单移相控制下的电流应力较大、软开关范围小,且该现象随着电压不匹配程度的增加而愈发明显。（2）为解决单移相控制下存在的问题,并降低系统控制难度,提出一种基于扩展移相的DAB无电流传感器效率优化控制策略。首先,依据两侧全桥输出电压间的相位关系和桥内移相角的大小,重新定义新的移相比,以确保移相比与传输功率的正相关性;接着,基于开关管的通断顺序,对DAB进行工作模态的划分,并择优选出两种作为其实际工作模态;然后,利用Karush-Kuhn-Tucker（KKT）条件法实现在软开关条件下全功率段的电流应力优化,并与新的移相比相结合设计出一种更为简洁的闭环优化控制策略;最后,通过搭建DAB仿真模型及实验样机验证了所提控制策略的有效性和优越性。（3）针对一些对变换器效率和动态性能均有较高要求的应用场合,提出一种基于三重移相的DAB效率与动态性能混合优化控制策略。首先,从三重移相控制下的DAB工作模式中,选出2种作为变换器的实际工作模式,并引入新的外移相角,用以降低变换器建模和后续优化设计的难度;然后,分析这2种模式的工作原理和工作特性,借助KKT条件法,求出满足最小电流应力和软开关条件的最优移相比组合;在此基础上,建立输出电压状态空间模型,利用当前电压电流信息预测下一时刻输出电压,改善变换器的动态性能;最后,通过搭建DAB仿真模型及实验样机验证了所提控制策略的有效性和优越性。（4）对DAB实验样机进行了设计,其中硬件设计包括主电路、驱动电路、光耦隔离电路和相应的辅助电源电路;软件部分以F28335为控制器,对PWM波生成和系统程序流程进行了设计。最后,通过实验样机对多种优化控制策略和本文所提控制策略进行了实验验证和对比。该论文有图65幅,表6个,参考文献85篇。
双有源桥(Dual Active Bridge,DAB)dc-dc变换器因具有较高的功率密度、双向能量传输能力且易于模块化设计等优势,被广泛应用于微电网、能量路由器等中大功率场合。但是一方面,在输入电压与输出电压变比不匹配时,单移相调制会导致软开关...
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双有源桥(Dual Active Bridge,DAB)dc-dc变换器因具有较高的功率密度、双向能量传输能力且易于模块化设计等优势,被广泛应用于微电网、能量路由器等中大功率场合。但是一方面,在输入电压与输出电压变比不匹配时,单移相调制会导致软开关范围减小,回流功率增加和效率降低,针对该问题,本文在双重双向调制的基础上,提出了一种回流功率及软开关优化控制策略;另一方面,在大功率应用场合下,需要将多个DAB变换器进行串并联以拓展其传输容量,但是,在宽输入电压下,现有的均压控制策略因对通信的依赖程度不同,无法兼顾可靠性与输出电压特性,针对该问题,本文提出了一种基于二次调压的模块化均压控制策略。论文主要研究工作和创新如下:1)对单移相调制下DAB变换器进行研究,分析讨论了其工作原理,回流功率产生机理以及实现软开关的条件,推导了电压转换比与回流功率、软开关实现条件的关系,指出在输入电压与输出电压变比不匹配条件下,单移相调制会导致软开关范围减小,回流功率增加。2)针对输入电压与输出电压变比不匹配条件下,单移相调制会导致软开关范围减小,回流功率增加的问题,提出一种回流功率及软开关优化控制策略,该控制策略在双重双向调制的基础上,对功率正向传输的所有运行模式进行优化,以获得更小的回流功率及更宽的软开关范围,研究表明,相比单移相以及未优化的双重双向调制,所提的优化控制策略能有效减小回流功率并扩展软开关范围。3)对应用于大功率场合的串并型双有源桥dc-dc变换器进行研究,推导了其平均电路模型以及解耦控制策略,并在此基础上分析讨论了集中式与分散式控制策略原理,阐述了在宽输入电压下,现有的均压控制策略可靠性与输出电压特性的矛盾性。4)针对宽输入电压下,现有的均压控制策略因对通信的依赖程度不同,无法兼顾可靠性与输出电压特性的问题,提出一种基于二次调压的模块化均压控制策略,该控制策略在分散式控制策略的基础上,二次调节均压指令值,从而实现更好的输出电压特性,研究表明:所提的控制策略能同时兼顾可靠性与输出电压特性。5)搭建了两套由两个5k W双有源桥dc-dc变换器组成的串并联实验系统,通过该实验平台,分别对回流功率及软开关优化控制策略,基于二次调压的模块化均压控制策略等进行了验证,实验结果验证了控制策略的有效性。
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