[发明专利]DAB变换器电感电流直流偏置消除方法及控制系统

说明书

本发明属于双有源全桥DC‑DC变换器的控制领域，本发明涉及一种DAB变换器电感电流无直流偏置消除方法及控制系统，该方法主要引入了半桥参考电位的概念，通过分析电感伏秒积和半桥电位伏秒积的关系，得到了DAB变换器电感电流无直流偏置时半桥实际电位需要满足的条件关系，在此基础上对四个半桥的参考电位进行选取，再对前半周期PWM比较值重新计算，最终实现DAB变换器电感电流直流偏置的消除。在本发明所提出的方法下，在DAB变换器启动以及移相比变化时，可以有效地消除电感电流的直流偏置，在DAB变换器的实际应用中具有较高的应用价值。

技术领域

本发明涉及双有源全桥DC-DC变换器的控制领域，特别是一种DAB变换器电感电流直流偏置消除方法及控制系统。

背景技术

近年来，新能源发电在电力供给中的占比不断提高。光伏、燃料电池、储能等新能源直接输出的电能为直流电，因此，如果在配电网中使用直流电，则可以为光伏、储能等直流电能提供简单、高效的接入口。在DAB变换器电路拓扑中，电感和变压器是实现功率传输的重要元件。当采用移相控制方式时，在启动和动态调整的暂态过程中，相邻开关周期内移相比的突变会导致电感电流产生直流偏置。而当负载或两端电压发生扰动时，DAB变换器的电感会发生伏秒不平衡，并可能导致DAB变换器的变压器发生磁饱和、输出电压发生振荡。直流偏置电流可能导致电感和变压器发生磁饱和，进而威胁DAB变换器的稳定运行。因此，对直流偏置电流的消除和抑制是DAB变换器的重要研究内容之一。

双有源全桥DC-DC变换器具有传输功率等级大、易实现软开关、电气隔离等优点。DAB变换器(Dual Active Bridge，双有源桥)中的电压源型DAB变换器的电路拓扑如图1所示，其基本结构由原边全桥H1、副边全桥H2、辅助电感L、以及高频变压器的组成。开关管S1、S2、S3和S4构成原边全桥H1，开关管S5、S6、S7和S8构成副边侧全桥H2，每个开关管均需要反并联二极管来实现电感电流的续流。在本文中，s12(t)、s34(t)、s56(t)和s78(t)分别表示四个半桥的中点电位，vH1(t)、vH2(t)分别表示原边全桥、副边全桥输出的交流电压，vL(t)表示辅助电感L的压降。DAB变换器以IGBT作为开关器件，其开关频率为10kHz。DAB变换器可以实现功率的双向传输、既可以升压也可以降压，通过模块化串并联组合，还能提升传输功率等级。由于具有传输功率等级大、控制简单、易实现软开关等显著优点，在直流变压器、不间断电源、电动汽车、储能等直流电能变换系统中，DAB变换器已经得到了广泛的应用。在DAB变换器广泛应用的背景下，如果每台DAB变换器都能实现效率、可靠性等性能优化，就能对整个社会的能源利用率、电能系统稳定性带来巨大的提升。因此，为了实现DAB变换器的性能优化，对其直流偏置电流的消除和抑制所进行的研究具有极为重大的意义。

本发明在于提供一种DAB变换器电感电流直流偏置消除方法，用于消除DAB变换器在启动及移相比调整过程中产生的直流偏置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种DAB变换器电感电流直流偏置消除方法，有效消除或减小启动和移相变化时辅助电感产生的电流偏置，避免电感和变压器发生磁饱和，提高DAB变换器的效率，保证DAB变换器运行的安全性。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案：

一种DAB变换器电感电流直流偏置消除方法，包括：

S1、输入DAB变换器的三个移相比D1[k]、D2[k]和D3[k]，计算出实现半桥普通电位nxy(t)所需的上升沿和下降沿的PWM比较值nxyR[k]和nxyF[k]；

S2、接着需要把得到的半桥普通电位比较值进行挪移，使其位于范围[0,CPrd)内；

S3、接着根据得到的半桥普通电位比较值nxyF[k]和nxyR[k]，及选择的半桥参考电位rxy(t)，来计算半桥实际电位比较值sxyF[k]和sxyR[k]；

S4、将计算得到的半桥实际电位比较值和PWM计数器当前值pwmCnt(t)进行比较输出对应的驱动信号开断对应的半桥电路。