[发明专利]半桥型双向DC-DC变换器控制环路补偿方法

说明书

本发明公开了一种半桥型双向DC‑DC变换器控制环路补偿方法，首先建立半桥型双向DC‑DC变换器不同模式下的数学模型，分别推导出BOOST模式与BUCK模式下电感电流和输出电压对控制变量的传递函数以及输出电压对电感电流的传递函数；然后设计基于PI控制器的电压电流双闭环反馈控制策略，设计半桥型双向DC‑DC变换器功率电路参数；最后结合BOOST模式与BUCK模式下系统传递函数和电压电流双闭环反馈控制系统的开环传递函数以及功率电路参数，得到加入双环补偿后的双闭环半桥型双向DC‑DC变换器。本发明解决了现有技术中存在的分布式电源间歇性以及负载波动所导致的电源利用率较低及系统电能质量较差的问题。

技术领域

本发明属于双向DC-DC变换器控制环路补偿技术领域，具体涉及一种半桥型双向DC-DC变换器控制环路补偿方法。

背景技术

近年来，随着分布式电源和储能技术的快速进步以及直流用电负荷比例的逐渐增大，使得能够将各种分布式电源、负荷、储能装置和能量转换装置整合在一起的直流微电网受到了国内外工业界和学术界的广泛关注。由于分布式电源具有间歇性、易波动、受天气条件影响较大的特点，以及各种负荷接入直流微电网系统时会带来直流母线电压波动等问题。因此，其能量的合理使用、分配、存储就显得尤为重要。为了解决上述问题，含有双向DC-DC变换器的储能系统是必不可少的环节。其中，半桥型双向DC-DC变换器作为双向DC-DC变换器的一种，具有拓扑结构及控制方式简单，开关元件的电压、电流应力较小，传输效率较高等优点。因此，通过合理的控制半桥型双向DC-DC变换器能够实现电能的双向流动，具有“削峰填谷”的作用，可以抑制电压波动，达到有效提升分布式电源利用率和系统电能质量的目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种半桥型双向DC-DC变换器控制环路补偿方法，解决了现有技术中存在的分布式电源间歇性以及负载波动所导致的电源利用率较低及系统电能质量较差的问题。

本发明所采用的技术方案是，半桥型双向DC-DC变换器控制环路补偿方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、建立半桥型双向DC-DC变换器不同模式下的数学模型，分别推导出BOOST模式与BUCK模式下电感电流和输出电压对控制变量的传递函数以及输出电压对电感电流的传递函数；

步骤2、设计基于PI控制器的电压电流双闭环反馈控制策略，控制半桥型双向DC-DC变换器在扰动存在的情况下依然能够保证稳定的输出；

步骤3、设计半桥型双向DC-DC变换器功率电路参数；

步骤4、结合步骤1得到的BOOST模式与BUCK模式下系统传递函数和步骤2得到的电压电流双闭环反馈控制系统的开环传递函数以及步骤3得到的功率电路参数，对半桥型双向DC-DC变换器系统进行电压电流环PI参数的设计，并将设计出的电压电流环PI参数代入步骤2中的电压电流双闭环反馈控制策略中，得到加入双环补偿后的双闭环半桥型双向DC-DC变换器。

本发明的特点还在于，

步骤1具体按照以下步骤实施：

步骤1.1、采取在一个开关周期内求变量平均值的方法，即定义变量x(t)在开关周期T_s内的平均值为：

其中：表示变量x(t)在开关周期T_s内的平均值；T_s表示开关周期；x(t)表示开关变换器中的某个变量；t表示时间变量；τ表示积分变量；

步骤1.2、当BOOST变换器工作在连续导电模式CCM，变换器电路稳态时分为两个阶段，设此两阶段时间间隔分别为：[t,t+d₁(t)T_s]和[t+d₁(t)T_s,t+T_s]，则变换器电路中电感电压v_L(t)和电容电流i_C(t)分别表示为：