[发明专利]双有源桥直流变换器的虚拟电流无差拍控制方法

说明书

本发明公开了一种双有源桥直流变换器的虚拟电流无差拍控制方法，适用于大功率双向直流变换领域。本发明针对双向全桥直流变换器动态响应问题，在单移相控制的基础上，通过输出电压外环控制得到虚拟电流指令指，根据双有源桥直流变换器数学模型设计虚拟电流无差拍控制,计算出虚拟电流指令指对应的移相角大小，生成开关控制信号，实现双有源桥直流变换器输出电压的快速调节。该方法能有效提升变换器对负载突变时输出电压的动态响应速度，且仅需要采样输出电压，成本低，对模型参数不敏感，易于设计和工程实现。

技术领域

本发明属于电气工程中双向直流变换器能量传输技术领域，具体涉及一种双有源桥直流变换器的虚拟电流无差拍控制方法。

背景技术

双有源桥(Dual Active Bridge,DAB)直流变换器作为大功率直流-直流变换器的替代方案自被提出以来，因其具有电气隔离、高功率密度、能量双向流动、升降电压变换以及易于模块化级联等优点被广泛应用于电动汽车、分布式发电、电力电子变压器、机车电力牵引系统等高压、大功率、双向直流能量变换系统。

为适应上述工业应用中复杂多变的运行工况，作为直流电压功率变换单元的DAB需具备优良的动态响应性能，特别是在负载突变下输出电压的动态响应性能。传统的单输出电压反馈PI闭环单移相控制方法难以满足相关的动态响应性能要求，因此国内外众多学者针对DAB变换器动态响应速度的提升展开了广泛的研究。

根据研究，通过加入电流的反馈或者前馈控制可以有效的提升DAB动态响应速度。例如文献1《Segaran D,Holmes D,Holmes G.Enhanced load step response for abidirectional DCDC converter[J].IEEE Transactions on Power Electronics,2013,28(1):371-379.》(《双向DCDC变换器负载阶跃快速响应方法》—2013年IEEE电力电子期刊)中提出的通过采样负载电流，引入负载电流前馈叠加在电压环输出的移相角上，有效的加快了DAB的动态响应速度。例如文献2《Dutta S,Bhattacharya S.Predictive currentmode control of single phase dual active bridge DC to DC converter[C]//EnergyConversion Congress and Exposition(ECCE),2013 IEEE.IEEE,2013.》(《单相双有源桥直流-直流变换器预测电流模式控制》—2013年IEEE能量转换大会与博览会议)中提出的通过采样移相电感电流，结合电压外环与DAB的电感电流模型进行预测电流控制，有效加快了DAB的动态响应速度。

虽然引入上述方法均可有效提升负载扰动下的输出电压的动态响应速度，但是均需增加电流的采样，增加了系统的成本与实现难度，因此有必要对DAB动态性能的提高做进一步的探索优化。

发明内容

本发明针对双有源桥直流变换器动态响应问题，在传统单输出电压反馈PI闭环单移相控制方法的基础上提出了一种双有源桥直流变换器的虚拟电流无差拍控制方法。

通过输出电压反馈PI控制与虚拟电流无差拍控制得到移相角的大小，生成开关控制信号，完成双有源桥直流变换器快速控制。该方法能有效提升变换器对负载突变时输出电压的动态响应速度，且仅需要采样输出电压，成本低，对模型参数不敏感，易于设计和工程实现。

本发明的目的是这样实现的，本发明提供了一种双有源桥直流变换器的虚拟电流无差拍控制方法，其中本控制方法所涉及的双有源桥直流变换器包括一个直流电源U_in、一个输入电容C_i、一个原边H桥、一个移相电感L、一个高频隔离变压器T、一个副边H桥、一个输出电容C_o和一个负载电阻R；所述的原边H桥包括4个开关管，记为开关管S_i(i＝1,2，3，4)，所述的副边H桥包括4个开关管，记为开关管Q_i(i＝1,2,3,4)；