一种消除双向全桥变换器启动时刻交流电流中直流分量的方法与流程

本发明涉及双向全桥变换器，尤其涉及一种消除双向全桥变换器启动时刻交流电流中直流分量的方法。

背景技术：
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随着能源互联网的快速发展，大规模储能技术已成为我国可再生能源发电利用的关键支撑技术，而作为储能蓄电池、飞轮和超级电容等储能单元与电网之间中间环节的双向全桥变换器不仅能实现电能的双向流动，也能够改善电能质量。

目前针对双向全桥变换器的分析一般都是基于稳定状态进行的，而对其瞬态分析可以发现双向全桥逆变器在其启动瞬间交流电流中会叠加一个直流分量，直流电流的出现一方面增大了交流电流峰值，使得开关器件的损耗增加以及影响开关器件的安全可靠运行，另一方面直流电流会导致直流偏磁从而使得电抗器以及变压器工作在磁场饱和区域，影响变换器的安全稳定运行。

专利CN 105391304 A从减小双向全桥变换器的功率回流和电流应力出发提出一种电感过零PWM控制方法，在宽电压调节下消除了功率回流，从而降低了功率器件以及磁性器件的损耗，提高了变换器的工作效率，但是没有涉及对变换器启动时刻交流电流中直流分量的抑制。

专利CN 105634286 A从扩展变换器软开关范围出现在已有的单移相控制和双移相控制的基础上引入另外一个控制变量-调制移相角，能够保证变换器输出最大功率前提下实现全功率范围内的软开关，但是同样没有涉及对变换器对变换器启动时刻交流电流中直流分量的控制。

技术实现要素：
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本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种消除双向全桥变换器启动时刻交流电流中直流分量的方法，通过调整逆变器的调制波实现对直流分量的控制，一方面降低启动时刻交流电流的冲击，保证开关器件的安全可靠运行，另一方面对直流偏磁进行有效抑制使得铁磁器件远离饱和区域，保证变换器的安全稳定运行。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种消除双向全桥变换器启动时刻交流电流中直流分量的方法，启动时刻，将H桥逆变器B调制波在载波的上升半周调整为0.5-D/2(D*T_hs定义为逆变器B载波超前或者滞后逆变器A载波的时间，其中T_hs为载波周期的一半)而在载波的下降半周仍为0.5。设k＝V_dcA/(n*V_dcB)，当载波B滞后载波A时间为D*T_hs时，可得双向全桥变换器交流电流i_ac不同时间点的电流如式4所示，

由式4可知，变换器启动时刻交流电流中的直流电流得到了有效控制，交流电流峰值与稳态下交流电流峰值相等，从而实现双向全桥变换器的安全稳定运行。

按照如下步骤：

(1)启动时刻变换器控制系统采用开环或者闭环算法得到参数D；

(2)根据载波周期按照连续增/减模式生成载波A；

(3)根据D将载波B相对载波A滞后D*T_hs；

(4)在载波A的过零点更新H桥逆变器A的调制波为0.5；

(5)在载波B的过零点更新调制波为0.5-D/2；

(6)在载波B的峰值点更新调制波为0.5。

有益效果：通过对H桥逆变器B调制波的调整实现对双向全桥变换器启动时刻交流电流中直流分量的控制，使铁磁器件的运行区域远离饱和区域，并且降低了交流电流峰值，有利于开关器件的安全稳定运行。

附图说明：

图1为本发明的双向全桥变换器主电路拓扑图；

图2为本发明的双向全桥逆变器原理图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

双向全桥变换器主电路拓扑如下图所示，主要由H桥逆变器A、H桥逆变器B、变比为N的高频变压器T以及电抗器L(电抗器可以用高频变压器的短路阻抗代替)组成。

变换器工作原理如下图所示，两个H桥逆变器的调制波均为0.5，幅值为0-1并且周期为2*T_hs的载波A和载波B分别为H桥的载波，此时两个H桥的交流输出(V_acA和V_acB)分别为占空比为50％的方波电压。通过调整载波B的相位使得V_acA与nV_acB产生一定的移相角，然后对电感L进行充电以及放电从而实现能量的双向流动。

设k＝V_dcA/(n*V_dcB)，当载波B滞后载波A时间为D*T_hs时，可得i_ac在不同时间点的电流值如式1示

以上分析是在双向全桥变换器稳定运行下进行的，下面针对其启动时刻电流进行分析。变换器运行前其交流电流为0，则i_ac不同时间点的电流如式2所示

i_ac中的直流分量如式3所示

i_dc＝i₁+i₃/2＝nV_dcBT_hs/2L×(2D) (3)

直流电流i_dc不仅导致变换器的交流电流幅值增加，并且还会导致铁磁器件直流偏磁，影响变换器的安全可靠运行。在不施加控制的情况下直流电流会以时间常数L/r_s(r_s为变压器以及电抗器自身的电阻)进行衰减，而由于r_s幅值较小这个直流分量需要较长的时间才能衰减为零，而在变换器交流回路总串联电阻虽然可以较快的降直流电流衰减为零，但是会产生较大的损耗，降低变换器的效率。

本文通过对启动时刻H桥逆变器B调制波的调整实现对交流直流中直流分量的控制，具体策略如下：启动时刻，H桥逆变器B调制波在载波的上升半周调整为0.5-D/2而在载波的下降半周仍为0.5，此时i_ac不同时间点的电流如式4所示。

由式4可知，变换器启动时刻交流电流中的直流电流得到了有效控制，交流电流峰值与稳态下交流电流峰值相等，从而实现双向全桥变换器的安全稳定运行。

启动时刻双向全桥变换器交流电流中的直流分量抑制方法如下所示：

(7)启动时刻变换器控制系统采用开环或者闭环算法得到参数D；

(8)根据载波周期按照连续增/减模式生成载波A；

(9)根据D将载波B相对载波A滞后D*T_hs；

(10)在载波A的过零点更新H桥逆变器A的调制波为0.5；

(11)在载波B的过零点更新调制波为0.5-D/2。

(12)在载波B的峰值点更新调制波为0.5。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，仍属于本发明技术方案的范围内。