一种可实现DAB变换器动静态最优的混合控制策略的制作方法

一种可实现dab变换器动静态最优的混合控制策略
技术领域
1.本发明涉及一种可实现双有源全桥双向dc-dc变换器(dab)动静态性能最优的混合控制 策略，特别涉及通过采用直接功率控制的方法来实现变换器在输入电压扰动的情况下获得最 佳的动态响应。


背景技术：

2.微电网系统在配电网和智能电网中得到越来越多的研究，而双有源全桥双向dc-dc变换 器(dab)由于其高功率密度、零电压切换、功率双向流动等优点在直流微网中得到广泛的 应用。传统的dab控制策略主要集中在降低开关损耗、降低rms电流、降低电流应力，以 提高变换器的静态性能；基于单移相控制等控制策略的研究以提高变换器在输入电压扰动下 的动态性能等，而变换器在输入电压扰动情况下的控制策略未得到充分的研究。因此，本文 提出一种可实现dab变换器动静态最优的混合控制策略，可以将动态最优控制和静态最优控 制相结合，提高变换器的静态性能和动态性能。该动态最优控制模块采用直接功率控制策略 可以在输入电压扰动情况下获得最佳的鲁棒动态响应。简化了最优控制策略，提高了控制精 度。


技术实现要素：

3.本发明的目的是为了填补现有技术的空白，提出一种可实现dab变换器动静态最优的混 合控制策略，该方法通过采用静态优化计算与动态最优控制相结合的方法，能够保证dab变 换器在负载和输入电压扰动情况下保持输出电压的稳定输出，具有良好的静态性能和动态性 能。
4.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
5.一种可实现dab变换器动静态最优的混合控制策略。以双有源全桥双向dc-dc变换器 为例，图1是本发明在该工况下具体实施方式的拓扑图，如图1所示，该dab变换器由一个 高频隔离变压器连接两个h桥模块，直流输出侧可接入电池、光伏、直流负荷等源荷设备。 为了获得良好的动态和静态特性，对dab变换器采用静态优化计算与动态最优控制相结合的 混合控制策略。
6.该控制方法主要包括以下步骤：
7.步骤s1：采集输入电压u
in
和输出电压uo，将输出电压uo通过电压外环pi控制器得到 传输功率p
co
；
8.步骤s2：将步骤s1中的输入电压u
in
和输出电压uo输入静态优化计算模块(soc)，通过 采用扩展移相调制方法，得到相移比d1、d2、d3之间的关系式；
9.步骤s3：将步骤s1中的输入电压u
in
和输出电压uo、以及通过soc模块计算的相移比 关系式输入采用直接功率控制的动态最优控制模块(doc)，计算得到相移比d1、d2、d3；
10.步骤s4：将计算得到的相移比d1、d2、d3输入调制pwm信号，从而实现dab变换器 的静态和动态相结合的调制。
11.与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
12.该方法采用静态优化计算与动态最优控制相结合的控制方案，相比于传统的控制方法将 扩展移相控制和直接功率控制相结合，提高了变换器的静态性能和动态性能。
附图说明
13.图1是本发明中双有源全桥双向变换器(dab)的拓扑结构。
14.图2是本发明中dab变换器的混合控制方案图。
15.图3是本发明中混合控制方案的最佳相移比的计算流程图。
16.图4是本发明中双有源全桥双向变换器的调制波形图。
具体实施方式
17.下面结合附图对本发明作进一步的描述。
18.图1是本发明所述的双有源全桥双向dc-dc变换器(dab)的拓扑结构图，图2是本 发明所述的dab变换器采用静态优化计算与动态最优控制的混合控制方案图。
19.本发明为一种可实现dab变换器动静态最优的混合控制策略。以下为本发明更具体的实 施方式：
20.双有源全桥双向dc-dc变换器通过一个高频隔离变压器和两个位于变压器原副边的h 桥组成，其中d1代表调制信号s1和s3之间的相移比，d2代表调制信号s1和s5之间的相移 比，d3代表调制信号s1和s7之间的相移比，其中，n为变压器匝数比，所有的相移比都参考 相同的参考调制信号s1。
21.无论d2大于或小于d3，都能得到相同的输出电压和输出电流，且输出功率相同。因此， 将d2设置为小于d3以简化相移比的计算条件。因此，采用最优移相调制ops，可以实现包 括扩展移相(eps)调制方式在内的所有移相方式，dab变换器的输出功率p可以统一表示为：
[0022][0023]
步骤s1中：采集输入电压u
in
和输出电压uo，将输出电压uo通过电压外环pi控制器得 到传输功率p
co
；
[0024][0025]
其中，k
p
为电压外环pi控制器的比例系数，ki为电压外环pi控制器的积分系数。
[0026]
步骤s2中：将步骤s1中的输入电压u
in
和输出电压uo输入静态优化计算模块(soc)， 通过扩展移相调制，得到相移比d1、d2、d3之间的关系：
[0027][0028]
其中，k＝u
in
/nuo且k≥1，d'1和d'2是soc控制中的相移比。那么，根据式(3)，在最 优移相控制(ops控制)的基础上，相移比的关系可以进一步表示为：
[0029][0030]
其中d1＝d'1和d2＝d3＝d'1+d'2。
[0031]
步骤s3中：将步骤s1中的输入电压u
in
和输出电压uo、以及通过soc模块计算的相移 比关系式输入采用直接功率控制的动态最优控制模块(doc)，计算得到相移比d1、d2、d3。
[0032]
若满足且k《2，则相移比d1、d2、d3为：
[0033][0034]
若满足且k》2，则相移比d1、d2、d3为：
[0035][0036]
若满足则相移比d1、d2、d3为：
[0037][0038]
步骤s4中：将计算得到的最佳相移比d1、d2、d3输入调制pwm信号，从而实现dab 变换器的静态和动态相结合的调制。
[0039]
综上：本发明提出的一种可实现dab变换器动静态最优的混合控制策略，通过采用静态 优化计算与动态最优控制相结合的方法，保证了dab变换器在负载和输入电压扰动情
况下保 持输出电压的稳定输出，具有良好的静态性能和动态性能。所提方案不受系统负载变化和电 压参考变化的动态影响，是一种值得推广的dab变换器控制方法。
[0040]
本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发 明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗 旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多 形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.可实现双有源全桥双向dc-dc变换器动静态最优的混合控制策略。两个h桥模块通过一个高频隔离变压器连接，采用移相控制两个全桥变换器的驱动脉冲来实现功率的双向流动。为了获得良好的动态和静态特性，对dab变换器采用静态优化计算与动态控制模块相结合的混合控制策略。该控制方法包括以下步骤：步骤s1：采集输入电压u
in
和输出电压u
o
，将输出电压u
o
通过电压外环pi控制器得到传输功率p
co
；步骤s2：将步骤s1中的输入电压u
in
和输出电压u
o
输入静态优化计算模块(soc)，通过采用扩展移相调制方法，得到相移比d1、d2、d3之间的关系式；步骤s3：将步骤s1中的输入电压u
in
和输出电压u
o
、以及通过soc模块计算的相移比关系式输入采用直接功率控制的动态最优控制模块(doc)，计算得到相移比d1、d2、d3；步骤s4：将计算得到的相移比d1、d2、d3输入pwm调制信号，从而实现dab变换器的静态和动态相结合的调制。2.根据权利要求1所述的一种可实现dab变换器动静态最优的混合控制策略。其特征在于，步骤s2中通过扩展移相调制方法实现静态优化计算，步骤s3中动态最优控制模块采用直接功率控制方法可实现在输入电压扰动情况下保证最佳的鲁棒动态响应。

技术总结
本发明公开了一种可实现DAB变换器动静态最优的混合控制策略，该方法通过采用静态优化计算与动态最优控制相结合的混合控制策略，能够保证DAB变换器在负载和输入电压扰动情况下保持输出电压的稳定输出，具有良好的静态性能和动态性能。控制步骤为：第一，采集输入电压U


技术研发人员：张伟 钟鸣 奥淇仑 刘锋 马珂
受保护的技术使用者：内蒙古电力（集团）有限责任公司内蒙古电力科学研究院分公司
技术研发日：2021.12.09
技术公布日：2022/3/25