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近年來,跟著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)現(xiàn)場的需求,越來越多的功率變換器需求完成能量雙向活動的功用。雙向直流變換器(Bidirectional DC-DC Converter, BDC)作為銜接兩個(gè)直流母線的橋梁,因在直流系統(tǒng)中起到至關(guān)重要的效果而受到越來越多學(xué)者的關(guān)注和研討。
雙有源橋(Dual Active Bridge, DAB)直流變換器便是其間一種運(yùn)用在大功率場合的雙向DC-DC變換器。1991年,德國亞琛工業(yè)大學(xué)的R. W. De Doncker教授提出三相DAB直流變換器,這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在提出后的十幾年時(shí)刻里并沒有成為電力電子范疇研討的熱門,可是跟著大功率和高功率密度運(yùn)用場合的增多以及電力電子器件和相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展,三相DAB直流變換器逐漸成為近年來研討的熱門。國內(nèi)外學(xué)者對于三相DAB直流變換器的首要研討方向集中于電路拓?fù)?、調(diào)制戰(zhàn)略、建模和操控辦法等方面。
為了剖析變換器的動態(tài)特性和規(guī)劃閉環(huán)操控器,需求樹立三相DAB直流變換器精確的動態(tài)模型。狀況空間均勻法(State Space Averaging, SSA)可以精確反映變換器的工作過程,該辦法提出以來在變換器建模范疇取得很大的成功。然而,因?yàn)樵诜€(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)三相DAB直流變換器的三相電感電流是純交流量,不滿足小紋波假設(shè),因而不能運(yùn)用狀況空間均勻法對其進(jìn)行建模。
為了處理這一問題,有學(xué)者提出了狀況空間均勻建模辦法(State- Variable Averaging and State-Space Averaging, SVA- SSA)。這種辦法可以將變換器的階數(shù)從四階降為一階,可是需求對每種或許的開關(guān)形式進(jìn)行討論建模,因而無法得到一致的建模成果。
有學(xué)者提出的基頻近似法(First-Harmonic Approximation, FHA)只考慮了操控變量和狀況變量的基頻成分,利用相量或空間矢量對變換器的大信號變量進(jìn)行表示,雖易于判斷變換器零電壓開關(guān)(Zero Voltage Switching, ZVS)的完成情況,可是因?yàn)槭韬隽似渌l次成分,所以當(dāng)引入占空比作為操控變量時(shí),F(xiàn)HA的建模精度較低。
傳統(tǒng)的三相DAB直流變換器調(diào)制戰(zhàn)略是單移相調(diào)制戰(zhàn)略,該調(diào)制辦法簡略且易于完成,但會造成其在折算后兩邊直流電壓比值遠(yuǎn)離于1的情況,尤其是負(fù)載較輕時(shí)會導(dǎo)致DAB的功率較低。為了處理該問題,現(xiàn)在首要的辦法是:下降由回流功率所引起的通態(tài)損耗,然后進(jìn)步三相DAB直流變換器功率。
為此,已有相關(guān)文獻(xiàn)提出了雙重移相(Dual- Phase-Shift, DPS)操控和擴(kuò)展移相(Extend- Phase-Shift, EPS)操控以及三重移相操控辦法(Triple-Phase-Shift, TPS)操控戰(zhàn)略,即在單移相操控的基礎(chǔ)上,在兩邊有源橋添加自身內(nèi)移相操控,然后減小這段時(shí)刻間隔。
依據(jù)相關(guān)學(xué)者剖析可知,實(shí)際上EPS(或DPS)調(diào)制戰(zhàn)略是TPS調(diào)制戰(zhàn)略的一個(gè)特殊情況。可是,針對TPS操控下的最優(yōu)操控量計(jì)算和選取問題,以上文獻(xiàn)均沒有給出具體的求解辦法,而且,所規(guī)劃的閉環(huán)操控結(jié)構(gòu)常選用固定限幅,當(dāng)目標(biāo)值發(fā)作較大驟變時(shí),系統(tǒng)動態(tài)特性較差。
針對以上存在的問題,國家電網(wǎng)有限公司、西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院等單位的研討人員,在剖析了三相DAB直流變換器TPS調(diào)制戰(zhàn)略下工作特性的基礎(chǔ)上,選用電流有效值優(yōu)化調(diào)制戰(zhàn)略,運(yùn)用多頻重量法表示狀況變量并運(yùn)用內(nèi)點(diǎn)法來求解出最優(yōu)的操控變量組;然后,運(yùn)用二階廣義狀況空間均勻法對三相DAB直流變換器進(jìn)行建模,根據(jù)所選用的電流有效值優(yōu)化調(diào)制戰(zhàn)略,提出一種加入優(yōu)化限幅模塊的閉環(huán)操控辦法;最終,選用Matlab/Simulink和PLECS聯(lián)合仿真對二階廣義狀況空間均勻模型與有學(xué)者說到的SVA-SSA模型進(jìn)行比照,得出二階廣義狀況空間均勻模型精確性更高的定論。通過搭建一個(gè)1.1kW的三相DAB直流變換器實(shí)驗(yàn)渠道,驗(yàn)證了所提的閉環(huán)操控辦法可以有效地加快系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度。