双向升降压直流变换器及工作参数配置方法

1.本发明涉及一种直流变换器及工作参数配置方法，尤其是一种双向升降压直流变换器及工作参数配置方法。


背景技术：

2.随着新能源技术的快速发展，光伏发电已经成为能源转型的主力之一；然而，光伏间歇的发电特征给电网的安全稳定运行带来了一定挑战。储能技术作为有效平抑电网功率波动、以及提升电能质量的有效措施，近年来受到了广泛关注，并广泛应用于新能源发电系统中。
3.储能系统接入直流电网，并以直流母线电压为信息载体控制储能系统运行模式。储能变换器作为储能系统能量转换的核心设备，根据网压值调整能量在直流电网与储能设备间的流动，实现稳压目的。直流网压主要由光伏发电状态及负荷决定，变化范围较大。储能系统接入后，能量在单向传递时，储能变换器既要能工作于降压模式，也要能够工作于升压模式，以满足储能单元电压及网压的宽变化范围，从而对储能变换器提出了更高的要求。


技术实现要素：

4.本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种直流变换器及工作参数配置方法，其在能量向任意方向传递时，均可实现升压与降压的功率变换，提高适用的工作范围，安全可靠。
5.按照本发明提供的技术方案，所述双向升降压直流变换器，包括桥臂连接电感，所述桥臂连接电感的任一端均适配连接一变换连接桥臂，通过桥臂连接电感以及与所述桥臂连接电感两端适配连接的变换连接桥臂连接形成h桥直流变换器；
6.所述变换连接桥臂包括桥臂开关管组以及与所述桥臂开关管组适配连接的飞跨电容，桥臂开关管组包括依次串接的第一开关管、第二开关管、第三开关管以及第四开关管，其中，第一开关管以及第二开关管与飞跨电容的正极端连接，所述飞跨电容的负极端与第三开关管以及第四开关管适配连接，第一开关管、第二开关管、第三开关管以及第四开关管上均反并联一续流二极管；
7.桥臂连接电感的任一端与所连接变换连接桥臂内的第二开关管以及第三开关管适配连接，且一变换连接桥臂内的第四开关管与另一变换连接桥臂内的第四开关管适配连接；
8.对任一变换连接桥臂，所述变换连接桥臂内的第一开关管与第四开关管呈互补导通，且所述变换连接桥臂内的第二开关管与第三开关管呈互补导通。
9.对任一变换连接桥臂，所述变换连接桥臂内第一开关管与第二开关管的载波相差180
°
，且所述变换连接桥臂内第三开关管与第四开关管的载波相差180
°
。
10.配置与桥臂连接电感适配连接变换连接桥臂内桥臂开关管组的工作状态，以配置h桥直流变换器的工作模式，所述h桥直流变换器的工作模式包括bcuk模式、boost模式或
buck-boost模式。
11.用于配置权利要求1中直流变换器的工作参数，其中，一连接变换连接桥臂内飞跨电容为飞跨电容c
f1
，另一变换连接桥臂内飞跨电容为飞跨电容c
f2
，直流变换器与飞跨电容c
f1
相对应一端的端电压为u1，直流变换器与飞跨电容c
f2
相对应的一端的端电压为u2；所述工作参数配置包括如下步骤：
12.步骤1、确定所述直流变换器的工作模式，并根据直流变换器的工作模式建立基于桥臂连接电感电流i
l
、飞跨电容电压u
f1
以及飞跨电容电压u
f2
的平均状态等效方程，其中，i
l
为流过桥臂连接电感的电感电流，飞跨电容电压u
f1
为飞跨电容c
f1
的电压，飞跨电容电压u
f2
为飞跨电容c
f2
的电压；
13.步骤2、根据直流变换器的工作模式下所有开关管的占空比关系，构建占空比循环变量g
l
、占空比循环变量g
f1
以及占空比循环变量g
f2
，并将所构建的占空比循环变量g
l
、占空比循环变量g
f1
以及占空比循环变量g
f2
代入步骤1中平均状态等效方程相对应的离散方程中，以能得到直流变换器的在当前工作模式下的占空比循环变量离散模型；
14.步骤3、给定约束函数参考值，利用所述给定约束函数参考值以及占空比循环变量离散模型分别构建当前k时刻电感电流约束函数飞跨电容c
f1
的当前k时刻电压约束函数j
f1k
、飞跨电容c
f2
的当前k时刻电压约束函数j
f2k
；，其中，给定约束函数参考值包括桥臂连接电感的电感电流参考值i
l*
、飞跨电容c
f1
的电压参考值u
f1*
以及飞跨电容c
f2
的电压参考值u
f2*
；
15.步骤4、在上述构建的当前k时刻电感电流约束函数飞跨电容c
f1
的当前k时刻电压约束函数j
f1k
、飞跨电容c
f2
的当前k时刻电压约束函数j
f2k
相应的约束下，利用二分法确定占空比循环变量g
l
、占空比循环变量g
f1
以及占空比循环变量g
f2
相对应的最优值；
16.根据所述循环变量g
l
、循环变量g
f1
以及循环变量g
f2
相对应的最优值，确定每个连接变换桥臂内所有开关管工作时相对应的占空比。
17.利用二分法确定占空比循环变量g
l
、占空比循环变量g
f1
以及占空比循环变量g
f2
相对应的最优值时，当桥臂连接电感相对应的电感电流参考值i
l*
大于所述桥臂连接电感的电流额定值im时，则令i
l*
＝im。
18.步骤3中，飞跨电容c
f1
的电压参考值u
f1*
为飞跨电容c
f2
的电压参考值u
f2*
为桥臂连接电感的电感电流参考值i
l*
为
19.其中，为端电压u1当前k时刻的电压采样值，为端电压u2当前k时刻的电压采样值；为负载电流当前k时刻的电流采样值；u
2*
为端电压u2的给定参考值。
20.在确定每个连接变换桥臂内所有开关管相对应的占空比后，采用pwm移相180
°
方式调制出每个开关管相对应的驱动信号。
21.还包括预设占空比调节精度δg，所述预设占空比调节精度δg包括基于电感的占空比调节精度δ
gl
、基于飞跨电容c
f1
的占空比调节精度δ
gf1
以及基于飞跨电容c
f2
的占空比调节精度δ
gf2
；
22.在利用二分法确定占空比循环变量g
l
、占空比循环变量g
f1
以及占空比循环变量g
f2
相对应的最优值时，根据预设占空比调节精度δg能确定最优值循环运算终止条件，所述最优值循环运算终止条件为：
[0023][0024]
其中，t
l
为电感占空比数据集的上边界，b
l
为电感占空比数据集的下边界，t
f1
为飞跨电容c
f1
占空比数据集的上边界，b
f1
为飞跨电容c
f1
占空比数据集的下边界，t
f2
为飞跨电容c
f2
占空比数据集的上边界，b
f2
为飞跨电容c
f2
占空比数据集的下边界。
[0025]
利用二分法确定占空比循环变量g
l
的最优值时，包括如下步骤：
[0026]
步骤4.1、获取电感电流当前k时刻的采样值i
lk
，并配置电感占空比数据集的上边界t
l
、电感占空比数据集的下边界b
l
、电感电流约束函数值j
l
；
[0027]
步骤4.2、利用电感占空比数据集的上边界t
l
以及电感占空比数据集的下边界b
l
计算得到占空比循环变量g
l
，利用所述计算得到的占空比循环变量g
l
以及电感电流当前k时刻的采样值i
lk
计算电感电流k+1时刻的预测值i
lk+1
，根据电感电流k+1时刻的预测值i
lk+1
以及电感电流参考值i
l*
分别计算位置关系值p
l
以及当前k时刻电感电流约束函数值
[0028]
步骤4.3、当位位置关系值p
l
》0时，令电感占空比数据集的上边界t
l
＝g
l
，否则，令电感占空比数据集的上边界b
l
＝g
l
；
[0029]
步骤4.4、当j
l
》j
lk
时，令g
lopt
＝g
l
且j
l
＝j
lk
，否则，直接跳转至步骤4.5；
[0030]
步骤4.5、当t
l-b
l
《δ
gl
时，则跳转至步骤4.6，否则，跳转至步骤4.2；
[0031]
步骤4.6、结束。
[0032]
利用二分法确定占占空比循环变量g
f1
以及占空比循环变量g
f2
相对应的最优值，包括如下步骤：
[0033]
步骤4-1、获取飞跨电容c
f1
的当前k时刻电压采样值u
f1k
以及飞跨电容c
f2
的当前k时刻电压采样值u
f2k
，配置飞跨电容c
f1
占空比数据集的上边界t
f1
、飞跨电容c
f1
占空比数据集的下边界b
f1
、飞跨电容c
f2
占空比数据集的上边界t
f2
、为飞跨电容c
f2
占空比数据集的下边界b
f2
、飞跨电容c
f1
的电压约束函数值j
f1
以及飞跨电容c
f2
的电压约束函数值j
f2
；
[0034]
步骤4-2、利用飞跨电容c
f1
占空比数据集的上边界t
f1
、飞跨电容c
f1
占空比数据集的下边界b
f1
计算得到占空比循环变量g
f1
，利用所述计算得到的占空比循环变量g
f1
以及飞跨电容c
f1
的当前k时刻电压采样值u
f1k
计算跨电容c
f1
的k+1时刻电压预测值u
f1k+1
，根据电容c
f1
的k+1时刻电压预测值u
f1k+1
以及飞跨电容c
f1
的电压参考值u
f1*
分别计算位置关系值p
f1
以及飞跨电容c
f1
的当前k时刻电压约束函数值j
f1k
；
[0035]
同时，利用飞跨电容c
f2
占空比数据集的上边界t
f2
、飞跨电容c
f2
占空比数据集的下边界b
f2
计算得到占空比循环变量g
f2
，利用所述计算得到的占空比循环变量g
f2
以及飞跨电容c
f2
的当前k时刻电压采样值u
f2k
计算跨电容c
f2
的k+1时刻电压预测值u
f2k+1
，根据电容c
f2
的k+1时刻电压预测值u
f2k+1
以及飞跨电容c
f2
的电压参考值u
f2*
分别计算位置关系值p
f2
以及飞跨电容c
f2
的当前k时刻电压约束函数值j
f2k
；
[0036]
步骤4-3、当位置关系值p
f1
》0且位置关系值p
f2
》0时，令t
f1
＝g
f1
且t
f2
＝g
f2
，否则，令b
f1
＝g
f1
且b
f2
＝g
f2
；
[0037]
步骤4-4、当j
f1
》j
f1k
且j
f2
》j
f2k
时，令g
f1opt
＝g
f1
，j
f1
＝j
f1k
且g
f2opt
＝g
f2
，j
f2
＝j
f2k
，否则，直接跳转到步骤4-5；
[0038]
步骤4-5、当t
f1-b
f1
《δ
gf1
且t
f2-b
f2
《δ
gf2
时，跳转至步骤4-6，否则，直接跳转至步骤4-2；
[0039]
步骤4-6、结束。
[0040]
本发明的优点：通过桥臂连接电感以及与所述桥臂连接电感两端适配连接的变换连接桥臂连接形成h桥直流变换器；从而在能量向任意方向传递时，均可实现升压与降压的功率变换，提高适用的工作范围。配置与桥臂连接电感适配连接变换连接桥臂内桥臂开关管组的工作状态，以配置h桥直流变换器的工作模式；在配置得到h桥直流变换器的工作模式后，通过工作参数配置步骤能得到h桥直流变换器内所有开关管工作时的占空比，从而能省去权重分配的环节，提高h桥直流变换器工作时的控制精度，提高适应范围，安全可靠。
附图说明
[0041]
图1为本发明的电路原理图。
[0042]
图2为本发明处于buck模式下第一子模态的电路原理图。
[0043]
图3为本发明处于buck模式下第二子模态的电路原理图。
[0044]
图4为本发明处于buck模式下第三子模态的电路原理图。
[0045]
图5为本发明处于buck模式下第四子模态的电路原理图。
[0046]
图6为本发明处于boost模式下第一子模态的电路原理图。
[0047]
图7为本发明处于boost模式下第二子模态的电路原理图。
[0048]
图8为本发明处于boost模式下第三子模态的电路原理图。
[0049]
图9为本发明处于boost模式下第四子模态的电路原理图。
[0050]
图10为本发明处于buck-boost模式下第一子模态的电路原理图。
[0051]
图11为本发明处于buck-boost模式下第二子模态的电路原理图。
[0052]
图12为本发明处于buck-boost模式下第三子模态的电路原理图。
[0053]
图13为本发明处于buck-boost模式下第四子模态的电路原理图。
[0054]
图14为本发明在不同占空比下的工作状态示意图。
[0055]
图15为本发明利用二分法确定最优值的流程图。
具体实施方式
[0056]
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0057]
为了在能量向任意方向传递时，均可实现升压与降压的功率变换，提高适用的工作范围，本发明包括桥臂连接电感，所述桥臂连接电感的任一端均适配连接一变换连接桥臂，通过桥臂连接电感以及与所述桥臂连接电感两端适配连接的变换连接桥臂连接形成h桥直流变换器；
[0058]
所述变换连接桥臂包括桥臂开关管组以及与所述桥臂开关管组适配连接的飞跨电容，桥臂开关管组包括依次串接的第一开关管、第二开关管、第三开关管以及第四开关管，其中，第一开关管以及第二开关管与飞跨电容的正极端连接，所述飞跨电容的负极端与第三开关管以及第四开关管适配连接，第一开关管、第二开关管、第三开关管以及第四开关
管上均反并联一续流二极管；
[0059]
桥臂连接电感的任一端与所连接变换连接桥臂内的第二开关管以及第三开关管适配连接，且一变换连接桥臂内的第四开关管与另一变换连接桥臂内的第四开关管适配连接；
[0060]
对任一变换连接桥臂，所述变换连接桥臂内的第一开关管与第四开关管呈互补导通，且所述变换连接桥臂内的第二开关管与第三开关管呈互补导通。
[0061]
具体地，变换连接桥臂对称分布于桥臂连接电感的两端，桥臂连接电感的每端与一变换连接桥臂适配连接，以能形成h桥架构的直流变换器。利用直流变换器的h桥架构，能实现能量的双向传递。
[0062]
两个变换连接桥臂采用相同的形式，具体地，每个变换连接桥臂内均包括桥臂开关管组以及一飞跨电容，其中，桥臂开关管组包括依次串接的第一开关管、第二开关管、第三开关管以及第四开关管，第一开关管、第二开关管、第三开关管以及第四开关管均采用现有常用的形式，如mosfet器件、igbt器件等，开关管的具体类型可以根据实际需要选择，此处不再赘述。根据开关管所选用的形式，即可实现第一开关管、第二开关管、第三开关管以及第四开关管间依次串联，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
[0063]
在任一变换连接桥臂内，第一开关管以及第二开关管与飞跨电容的正极端连接，所述飞跨电容的负极端与第三开关管以及第四开关管适配连接，第一开关管、第二开关管、第三开关管以及第四开关管上均反并联一续流二极管，在第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管中的一个或多个处于关断状态时，通过相应的续流二极管能实现电流工作的通路，续流二极管的具体情况以及反并联在第一开关管、第二开关管、第三开关管以及第四开关管上的设置均可与现有相一致，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
[0064]
飞跨电容以及桥臂连接电感具体可以根据实际需要选择。桥臂连接电感的一端与所连接变换连接桥臂适配连接时，桥臂连接电感的端部与所连接变换桥臂内第二开关管以及第三开关管适配连接，即桥臂连接电感的任一端部与所连接变换连接桥臂的中点处适配连接。对于两个变换连接桥臂，变换连接桥臂内第四开关管的一端与所在变换连接桥臂内第三开关管适配连接，变换连接桥臂内第四开关管的另一端与另一变换连接桥臂内第四开关管的另一端适配连接，即实现两变换连接桥臂间的适配连接。
[0065]
本发明实施例中，所述变换连接桥臂内的第一开关管与第四开关管呈互补导通，且所述变换连接桥臂内的第二开关管与第三开关管呈互补导通；即在同一变换连接桥臂内，当第一开关管处于导通状态时，第四开关管则需要处于关断状态，当第四开关管处于导通状态，第一开关管需要处于关断状态，第二开关管与第三开关管间的互补导通状态，可以参考第一开关管与第四开关管间互补导通的说明，此处不再赘述。
[0066]
进一步地，对任一变换连接桥臂，所述变换连接桥臂内第一开关管与第二开关管的载波相差180
°
，且所述变换连接桥臂内第三开关管与第四开关管的载波相差180
°
。
[0067]
本发明实施例中，对同一变换连接桥臂内，变换连接桥臂内第一开关管与第二开关管的载波相差180
°
，且所述变换连接桥臂内第三开关管与第四开关管的载波相差180
°
，从而能实现三电平下的升降压，具体实现载波180
°
的方式以及过程均为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
[0068]
进一步地，配置与桥臂连接电感适配连接变换连接桥臂内桥臂开关管组的工作状
态，以配置h桥直流变换器的工作模式，所述h桥直流变换器的工作模式包括bcuk模式、boost模式或buck-boost模式。
[0069]
由上述说明可知，每个变换连接桥臂内均具有一桥臂开关管组，而桥臂开关管组内开关管的开关状态可以根据需要配置，而对两个变换变换连接桥臂内桥臂开关管组的工作状态分别配置时，从而能配置h桥直流变换器的工作模式。具体实施时，所述h桥直流变换器的工作模式包括bcuk模式、boost模式或buck-boost模式。
[0070]
图1中，示出了一种h桥直流变换器的具体实施形式，其中，桥臂连接电感即为电感l，对于一变换连接桥臂，通过开关管s
11
、开关管s
12
、开关管s
13
、开关管s
14
能分别用于形成所在变换连接桥臂内的第一开关管、第二开关管、第三开关管以及第四开关管，与开关管s
11
以及开关管s
12
适配连接的飞跨电容即为飞跨电容c
f1
，即开关管s
11
、开关管s
12
、开关管s
13
以及开关管s
14
依次连接，在开关管s
11
、开关管s
12
、开关管s
13
以及开关管s
14
上均反并联一续流二极管，飞跨电容c
f1
的正极端与开关管s
11
以及开关管s
12
适配连接，飞跨电容c
f1
的负极端与开关管s
13
以及开关管s
14
适配连接，同时，开关管s
12
以及开关管s
13
与电感l的一端适配连接。
[0071]
同时，对另一变换连接桥臂，通过开关管s
21
、开关管s
22
、开关管s
23
、开关管s
24
能分别用于形成所在变换连接桥臂内的第一开关管、第二开关管、第三开关管以及第四开关管，与开关管s
21
以及开关管s
22
适配连接的飞跨电容即为飞跨电容c
f2
，即开关管s
21
、开关管s
22
、开关管s
23
以及开关管s
24
依次连接，在开关管s
21
、开关管s
22
、开关管s
23
以及开关管s
24
上均反并联一续流二极管，飞跨电容c
f2
的正极端与开关管s
21
以及开关管s
22
适配连接，飞跨电容c
f2
的负极端与开关管s
23
以及开关管s
24
适配连接，同时，开关管s
22
以及开关管s
23
与电感l的另一端适配连接；开关管s
24
与开关管s
14
适配连接。
[0072]
对图1中h桥直流变换器，利用飞跨电容c
f1
所在的变换连接桥臂能得到端电压u1，利用飞跨电容c
f2
所在的变换连接桥臂能得到端电压u2，其中，端电压u1的正极端与开关管s
11
对应，端电压u1的负极端与开关管s
14
对应，端电压u2的正极端与开关管s
21
对应，端电压u2的负极端与开关管s
24
对应。
[0073]
以能量由左向右流动为例，即从端电压u1向端电压u2为例，对h桥直流变换器的具体工作模式进行具体说明。
[0074]
当开关管s
11
、开关管s
12
交替导通，其他开关处于闭合状态时，开关管s
13
、开关管s
14
、开关管s
21
、开关管s
22
的反并联二极管将给电流提供导通路径，此时，h桥直流变换器将工作于buck模式，h桥直流变换器工作于buck模式的四种子模态的具体情况，可以分别参考图2、图3、图4和图5所示的电路原理图。
[0075]
当开关管s
11
、开关管s
12
均持续导通，开关管s
23
与开关管s
24
交替导通时，h桥直流变换器将工作于boost模式，h桥直流变换器工作于boost模式下的四种子模态的具体情况，可以分别参考图6、图7、图8和图9所示的电路原理图。
[0076]
当开关管s
11
和开关管s
12
交替导通，同时开关管s
23
和开关管s
24
也交替导通，且开关管s
11
与开关管s
24
、开关管s
12
与开关管s
23
相对应的驱动信号同相位时，所述h桥直流变换器将工作于buck-boost模式；h桥直流变换器工作于buck-boost模式下的四种子模态的具体情况，可以分别参考图10、图11、图12和图13所示的电路原理图。
[0077]
综上，h桥直流变换器可工作在不同的模式下，h桥直流变换器在同一模式下还可以有不同的子模态，在同一模式下子模态的切换方式由驱动占空比决定。在移相控制方式
下，开关管s
11
、开关管s
12
、开关管s
23
和开关管s
24
的占空比相同，均为d，当d取不同数值时，h桥直流变换器工作模态的划分如图14所示。
[0078]
如图14所示，当占空比d＜0.5时，h桥直流变换器分别工作于buck/boost/buck-boost模式下的b子模态、c子模态和d子模态；当d＞0.5时，h桥直流变换器将分别工作buck/boost/buck-boost模式下于a子模态、c子模态和d子模态状态。当d＝0.5时，h桥直流变换器将工作于临界状态，此时，h桥直流变换器仅工作于仅buck/boost/buck-boost模式下的c子模态和d子模态。
[0079]
具体地，当h桥直流变换器工作于buck模式时，图2、图3、图4和图5分别示出的子模态即分别为a子模态、b子模态、c子模态以及d子模态。当h桥直流变换器工作于boost模式时，图6、图7、图8和图9示出的子模态即分别为a子模态、b子模态、c子模态以及d子模态。当h桥直流变换器工作于buck-boost模式时，图10、图11、图12和图13示出的子模态即分别为a子模态、b子模态、c子模态以及d子模态。
[0080]
综上可知，本发明的双向升降压直流变换器可以由不同的工作模式以及相对应的子模态，为了能实现对h桥直流变换器的工作状态进行有效控制，需要对所述直流变换器的工作参数进行所需的配置。
[0081]
具体实施时，本发明双向升降压直流变换器的工作参数配置方法，用于配置上述相对应直流变换器的工作参数，其中，一连接变换连接桥臂内飞跨电容为飞跨电容c
f1
，另一变换连接桥臂内飞跨电容为飞跨电容c
f2
，直流变换器与飞跨电容c
f1
相对应一端的端电压为u1，直流变换器与飞跨电容c
f2
相对应的一端的端电压为u2；所述工作参数配置包括如下步骤：
[0082]
步骤1、确定所述直流变换器的工作模式，并根据直流变换器的工作模式建立基于桥臂连接电感电流i
l
、飞跨电容电压u
f1
以及飞跨电容电压u
f2
的平均状态等效方程，其中，i
l
为流过桥臂连接电感的电感电流，飞跨电容电压u
f1
为飞跨电容c
f1
的电压，飞跨电容电压u
f2
为飞跨电容c
f2
的电压；
[0083]
具体地，飞跨电容c
f1
、飞跨电容c
f2
、桥臂连接电感、端电压u1以及端电压为u2相对应的具体情况可以参考上述说明，此处不再赘述。对于形成的h桥直流变换器，由于所述h桥的直流变换器的工作模式不同，因此，只有在确定h桥直流变换器的工作模式后，才能根据本技术领域常用的技术手段建立基于桥臂连接电感电流i
l
、飞跨电容电压u
f1
以及飞跨电容电压u
f2
的平均状态等效方程，即可采用本技术领域常用的技术手段建立基于桥臂连接电感电流i
l
、飞跨电容电压u
f1
以及飞跨电容电压u
f2
的平均状态等效方程，具体建立平均状态等效方程的方式以及过程均可根据实际需要选择，为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
[0084]
步骤2、根据直流变换器的工作模式下所有开关管的占空比关系，构建占空比循环变量g
l
、占空比循环变量g
f1
以及占空比循环变量g
f2
，并将所构建的占空比循环变量g
l
、占空比循环变量g
f1
以及占空比循环变量g
f2
代入步骤1中平均状态等效方程相对应的离散方程中，以能得到直流变换器的在当前工作模式下的占空比循环变量离散模型；
[0085]
具体地，建立的平均状态等效方程中，包含h桥直流变换器工作模式下处于导通状态开关管的占空比参数，因此，可根据所有开关管的占空比关系，能构建占空比循环变量g
l
、占空比循环变量g
f1
以及占空比循环变量g
f2
。利用所有开关管的占空比关系以及所构建占空比循环变量g
l
、占空比循环变量g
f1
以及占空比循环变量g
f2
，代入平均状态等效方程相
对应的离散方程，能够得到h桥直流变换器的在当前工作模式下的占空比循环变量离散模型。
[0086]
步骤3、给定约束函数参考值，利用所述给定约束函数参考值以及占空比循环变量离散模型分别构建当前k时刻电感电流约束函数飞跨电容c
f1
的当前k时刻电压约束函数j
f1k
、飞跨电容c
f2
的当前k时刻电压约束函数j
f2k
；，其中，给定约束函数参考值包括桥臂连接电感的电感电流参考值i
l*
、飞跨电容c
f1
的电压参考值u
f1*
以及飞跨电容c
f2
的电压参考值u
f2*
；
[0087]
具体地，根据飞跨电容c
f1
与端电压u1之间的对应关系，以及飞跨电容c
f1
与端电压u2之间的对应关系，可得，飞跨电容c
f1
的电压参考值u
f1*
为飞跨电容c
f2
的电压参考值u
f2*
为此外，桥臂连接电感的电感电流参考值i
l*
为
[0088]
其中，为端电压u1当前k时刻的电压采样值，为端电压u2当前k时刻的电压采样值；为负载电流当前k时刻的电流采样值；u
2*
为端电压u2的给定参考值。
[0089]
本发明实施例中，构建当前k时刻电感电流约束函数飞跨电容c
f1
的当前k时刻电压约束函数j
f1k
、飞跨电容c
f2
的当前k时刻电压约束函数j
f2k
与给定约束函数参考值相关。具体地，构建的当前k时刻电感电流约束函数飞跨电容c
f1
的当前k时刻电压约束函数j
f1k
、飞跨电容c
f2
的当前k时刻电压约束函数j
f2k
，具体可以为：
[0090][0091]
其中，为基于当前k时刻电感电流的k+1时刻预测值，为基于当前时k刻飞跨电容电压的k+1时刻预测值，为基于当前k时刻飞跨电容电压的k+1时刻预测值。当前时刻的电感电流的采样值当前时刻飞跨电容电压的采样值以及当前时刻飞跨电容电压的采样值可以通过电流、电压采样获得，具体获得方式可以根据实际需要选择，为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
[0092]
步骤4、在上述构建的当前k时刻电感电流约束函数飞跨电容c
f1
的当前k时刻电压约束函数j
f1k
、飞跨电容c
f2
的当前k时刻电压约束函数j
f2k
相应的约束下，利用二分法确定占空比循环变量g
l
、占空比循环变量g
f1
以及占空比循环变量g
f2
相对应的最优值；
[0093]
根据所述循环变量g
l
、循环变量g
f1
以及循环变量g
f2
相对应的最优值，确定每个连接变换桥臂内所有开关管工作时相对应的占空比。
[0094]
具体地，二分法为本技术领域常用的计算方式，在利用二分法确定占空比循环变量g
l
、占空比循环变量g
f1
以及占空比循环变量g
f2
相对应的最优值前，当桥臂连接电感相对应的电感电流参考值i
l*
大于所述桥臂连接电感的额定值im时，则令i
l*
＝im。桥臂连接电感的电流额定值im的具体情况与h桥直流变换器的应用场景等有关，具体情况为本技术领域
人员所熟知，此处不再赘述。
[0095]
进一步地，还包括预设占空比调节精度δg，所述预设占空比调节精度δg包括基于电感的占空比调节精度δ
gl
、基于飞跨电容c
f1
的占空比调节精度δ
gf1
以及基于飞跨电容c
f2
的占空比调节精度δ
gf2
；
[0096]
在利用二分法确定占空比循环变量g
l
、占空比循环变量g
f1
以及占空比循环变量g
f2
相对应的最优值时，根据预设占空比调节精度δg能确定最优值循环运算终止条件，所述最优值循环运算终止条件为：
[0097][0098]
其中，t
l
为电感占空比数据集的上边界，b
l
为电感占空比数据集的下边界，t
f1
为飞跨电容c
f1
占空比数据集的上边界，b
f1
为飞跨电容c
f1
占空比数据集的下边界，t
f2
为飞跨电容c
f2
占空比数据集的上边界，b
f2
为飞跨电容c
f2
占空比数据集的下边界。
[0099]
本发明实施例中，基于电感的占空比调节精度δ
gl
、基于飞跨电容c
f1
的占空比调节精度δ
gf1
以及基于飞跨电容c
f2
的占空比调节精度δ
gf2
相对应的具体情况可以根据实际的应用场景等选择确定，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
[0100]
具体实施时，利用二分法确定占空比循环变量g
l
的最优值时，包括如下步骤：
[0101]
步骤4.1、获取电感电流当前时刻的采样值i
lk
，并配置电感占空比数据集的上边界t
l
、电感占空比数据集的下边界b
l
、电感电流约束函数值j
l
；
[0102]
具体地，电感电流当前时刻的采样值i
lk
可通过电流传感器等技术手段采样得到，配置电感占空比数据集的上边界t
l
、电感占空比数据集的下边界b
l
、电感电流约束函数值j
l
为相应的初始值，具体可以根据实际需要确定。
[0103]
步骤4.2、利用电感占空比数据集的上边界t
l
以及电感占空比数据集的下边界b
l
计算得到占空比循环变量g
l
，利用所述计算得到的占空比循环变量g
l
以及电感电流当前k时刻的采样值i
lk
计算电感电流k+1时刻的预测值i
lk+1
，根据电感电流k+1时刻的预测值i
lk+1
以及电感电流参考值i
l*
分别计算位置关系值p
l
以及当前k时刻电感电流约束函数值
[0104]
具体实施时，上述具体的计算方式可根据实际需要选择，对于位置关系值p
l
一般可为i
lk+1-i
l*
。当前k时刻电感电流约束函数值为构建的当前k时刻电感电流约束函电感电流约束函数具体形式相关。
[0105]
步骤4.3、当位位置关系值p
l
》0时，令电感占空比数据集的上边界t
l
＝g
l
，否则，令电感占空比数据集的上边界b
l
＝g
l
；
[0106]
具体地，当p
l
》0时，将上述计算得到的占空比循环变量g
l
的值赋值电感占空比数据集的上边界t
l
；而当p
l
《0时，则赋值方式为b
l
＝g
l
，从而能实现电感占空比数据集的上边界t
l
、电感占空比数据集的下边界b
l
的更新，以便能参与下述计算以及后续需要的循环运算。
[0107]
步骤4.4、当j
l
》j
lk
时，令g
lopt
＝g
l
且j
l
＝j
lk
，否则，直接跳转至步骤4.5；
[0108]
具体地，当j
l
》j
lk
时，则令j
l
＝j
lk
即更新电感电流约束函数值j
l
；通过的赋值g
lopt
＝g
l
，即得到占空比循环变量g
l
的最优值g
lopt
。
[0109]
步骤4.5、当t
l-b
l
《δ
gl
时，则跳转至步骤4.6，否则，跳转至步骤4.2；
[0110]
步骤4.6、结束。
[0111]
具体地，利用占空比调节精度作为终止条件，如符合终止条件时，直接跳转至步骤4.6终止，此时，能确定占空比循环变量g
l
的最优值为g
lopt
，否则，重新返回至步骤4.2进行循环运算；由于步骤4.3以及步骤4.4中通过赋值等方式更新了电感占空比数据集的上边界t
l
、电感占空比数据集的下边界b
l
、电感电流约束函数值j
l
，因此，通过循环运算能调整占空比循环变量g
l
，直至满足终止条件，即获得占空比循环变量g
l
的最优值g
lopt
。
[0112]
进一步地，利用二分法确定占空比循环变量g
f1
以及占空比循环变量g
f2
相对应的最优值，包括如下步骤：
[0113]
步骤4-1、获取飞跨电容c
f1
当前k时刻的电压采样值u
f1k
以及飞跨电容c
f2
当前时k刻的电压采样值u
f2k
，配置飞跨电容c
f1
占空比数据集的上边界t
f1
、飞跨电容c
f1
占空比数据集的下边界b
f1
、飞跨电容c
f2
占空比数据集的上边界t
f2
、为飞跨电容c
f2
占空比数据集的下边界b
f2
、飞跨电容c
f1
的电压约束函数值j
f1
以及飞跨电容c
f2
的电压约束函数值j
f2
；
[0114]
步骤4-2、利用飞跨电容c
f1
占空比数据集的上边界t
f1
、飞跨电容c
f1
占空比数据集的下边界b
f1
计算得到占空比循环变量g
f1
，利用所述计算得到的占空比循环变量g
f1
以及飞跨电容c
f1
的当前k时刻电压采样值u
f1k
计算跨电容c
f1
的k+1时刻电压预测值u
f1k+1
，根据电容c
f1
的k+1时刻电压预测值u
f1k+1
以及飞跨电容c
f1
的电压参考值u
f1*
分别计算位置关系值p
f1
以及飞跨电容c
f1
的当前k时刻电压约束函数值j
f1k
；
[0115]
同时，利用飞跨电容c
f2
占空比数据集的上边界t
f2
、飞跨电容c
f2
占空比数据集的下边界b
f2
计算得到占空比循环变量g
f2
，利用所述计算得到的占空比循环变量g
f2
以及飞跨电容c
f2
的当前k时刻电压采样值u
f2k
计算跨电容c
f2
的k+1时刻电压预测值u
f2k+1
，根据电容c
f2
的k+1时刻电压预测值u
f2k+1
以及飞跨电容c
f2
的电压参考值u
f2*
分别计算位置关系值p
f2
以及飞跨电容c
f2
的当前k时刻电压约束函数值j
f2k
；
[0116]
步骤4-3、当位置关系值p
f1
》0且位置关系值p
f2
》0时，令t
f1
＝g
f1
且t
f2
＝g
f2
，否则，令b
f1
＝g
f1
且b
f2
＝g
f2
；
[0117]
步骤4-4、当j
f1
》j
f1k
且j
f2
》j
f2k
时，令g
f1opt
＝g
f1
，j
f1
＝j
f1k
且g
f2opt
＝g
f2
，j
f2
＝j
f2k
，否则，直接跳转到步骤4-5；
[0118]
步骤4-5、当t
f1-b
f1
《δ
gf1
且t
f2-b
f2
《δ
gf2
时，跳转至步骤4-6，否则，直接跳转至步骤4-2；
[0119]
步骤4-6、结束。
[0120]
具体实施时，确定占占空比循环变量g
f1
以及占空比循环变量g
f2
相对应的最优值的具体过程可以参考上述确定占空比循环变量g
l
的最优值说明，此处不再赘述。
[0121]
具体实施时，在确定每个连接变换桥臂内所有开关管相对应的占空比后，采用pwm移相180
°
方式调制出每个开关管相对应的驱动信号，在确定每个开关管的驱动信号后，即可配置h桥直流变换器的工作参数，从而能实现对整个h桥直流变换器工作状态的控制。
[0122]
如图10、图11、图12和图13所示，为本发明h桥直流变换器处于buck-boost工作模式下相对应子模态的电路原理图，其中，
[0123]
如图10所示，此时，开关管s
11
，开关管s
12
，开关管s
24
和开关管s
23
同时导通，端电压u1向桥臂连接电感充电，即向桥臂连接电感充电，流过桥臂连接电感的电感电流上升，飞跨电容c
f1
，飞跨电容c
f2
无充放电回路。
[0124]
如图11所示，此时，开关管s
11
，开关管s
12
，开关管s
24
，开关管s
23
同时关断，由桥臂连接电感向负载供电，飞跨电容c
f1
，飞跨电容c
f2
无充放电回路，飞跨电容电压u
f1
、飞跨电容电压u
f2
保持不变。
[0125]
如图12所示，此时，开关管s
11
，开关管s
24
导通，开关管s
12
，开关管s
23
关断，端电压u1向飞跨电容c
f1
以及飞跨电容c
f2
充电；桥臂连接电感的电流由所述h桥直流变换器的电压增益决定，当电压增益小于1时，桥臂连接电感的电感电流上升；电压增益大于1时，桥臂连接电感的电感电流下降。h桥直流变换器的电压增益由端电压u1与端电压u2相关。当能量从端电压u1向端电压u2方向流动时，当端电压u2大于端电压u1时，则h桥直流变换器的电压增益大于1，否则，h桥直流变换器的电压增益小于1。
[0126]
如图13所示，此时，开关管s
11
，开关管s
24
关断，开关管s
12
，开关管s
23
导通。飞跨电容c
f1
以及飞跨电容c
f2
同时向负载放电，飞跨电容c
f1
的飞跨电容电压u
f1
以及飞跨电容c
f2
的飞跨电容电压u
f2
电压下降。桥臂连接电感的电感电流仍由所述h桥直流变换器的增益决定，当h桥直流变换器电压增益小于1时，桥臂连接电感的电感电流上升；增益大于1时，桥臂连接电感的电感电流下降。
[0127]
下面以h桥直流变换器工作于buck-boost模式下，具体工作参数的配置过程进行详细说明。具体地，
[0128]
1)、建立基于桥臂连接电感电流i
l
、飞跨电容电压u
f1
以及飞跨电容电压u
f2
的平均状态等效方程，所述h桥直流变换器工作于buck-boost模式下的平均状态等效方程为：
[0129][0130]
式中，d
11
，d
12
，d
23
，d
24
分别为开关管s
11
，开关管s
12
，开关管s
23
和开关管s
24
的占空比，i
l
为桥臂连接电感的电流，l为桥臂连接电感的电感值；cf1为飞跨电容c
f1
的电容值，c
f2
为飞跨电容c
f2
的电容值。具体建立h桥直流变换器工作于buck-boost模式下的平均状态等效方程的过程为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
[0131]
2)、根据上述平均等效方程，可构建占空比循环变量g
l
、占空比循环变量g
f1
以及占空比循环变量g
f2
，具体地为：
[0132][0133]
具体实施时，构建占空比循环变量g
l
、占空比循环变量g
f1
以及占空比循环变量g
f2
时，占空比循环变量g
l
、占空比循环变量g
f1
以及占空比循环变量g
f2
的具体情况可以根据实际需要选择，即上述公式(2)仅为构建占空比循环变量g
l
、占空比循环变量g
f1
以及占空比循环变量g
f2
时的一种实施例，具体以能简化后续得到占空比循环变量离散模型的过程为准，此处不再赘述。
[0134]
将式(2)代入式(1)，并将式(1)离散化处理，得到电感电流i
l
、飞跨电容电压u
f1
以及飞跨电容电压u
f2
彼此独立的占空比循环变量离散模型，所述占空比循环变量离散模型为：
[0135][0136]
其中，ts为开关管s
11
，开关管s
12
，开关管s
23
和开关管s
24
相对应的开关周期，开关周期ts的具体大小与开关管s
11
等的特性参数相关，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。为当前k时刻采样的电感电流采样值，为当前k时刻的飞跨电容c
f1
的电压采样值，为当前k时刻采样的飞跨电容c
f2
的电压采样值，具体地，当前k时刻采样的电感电流采样值当前k时刻的飞跨电容c
f1
的电压采样值以及当前k时刻采样的飞跨电容c
f2
的电压采样值均可以通过现常用的采样技术手段得到，如分别通过电流传感器、电压传感器能采样得到，具体为本技术领域人员所熟知。
[0137]
在得到当前k时刻采样的电感电流值当前k时刻的飞跨电容c
f1
的电压值以及当前k时刻采样的飞跨电容c
f2
的电压值后，即可通过公式(3)分别计算得到以及
[0138]
3)、构建当前k时刻电感电流约束函数飞跨电容c
f1
的当前k时刻电压约束函数j
f1k
、飞跨电容c
f2
的当前k时刻电压约束函数j
f2k
，具体地：
[0139][0140]
其中，i
l*
为桥臂连接电感的电感电流参考值、u
f1*
为飞跨电容c
f1
的电压参考值，u
f2*
为飞跨电容c
f2
的电压参考值，桥臂连接电感的电感电流参考值i
l*
、飞跨电容c
f1
的电压参考值u
f1*
以及飞跨电容c
f2
的电压参考值u
f2*
的具体情况可以参考上述说明，此处不再赘述。
[0141]
4)、利用二分法确定占空比循环变量g
l
、占空比循环变量g
f1
以及占空比循环变量g
f2
相对应的最优值，具体过程如图15所示。
[0142]
具体地，提供根据占空比数据集上边界、占空比数据集下边界与占空比循环变量间相应的计算表达式，即有：
[0143]
[0144]
其中，b
l
和t
l
分别表示在一个开关周期ts内，电感占空比数据集的下边界的当前值、电感占空比数据集的上边界的当前值；b
f1
和t
f1
分别表示在一个开关周期ts内，飞跨电容c
f1
占空比数据集的下边界的当前值、飞跨电容c
f1
占空比数据集的上边界的当前值；b
f2
和t
f2
分别表示在一个开关周期ts内，飞跨电容c
f2
占空比数据集的下边界的当前值、飞跨电容c
f2
占空比数据集的上边界的当前值。一般地，电感占空比数据集的下边界的当前值即为电感占空比数据集的下边界b
l
的最新值，所述最新值可通过初始幅值或通过比较方式幅值得到，具体可以参考图15以及上述说明，其他当前值的情况类同，此处不再一一说明。
[0145]
进一步地，计算预测值与预测值相对应参考值之间的位置关系值，即有：
[0146][0147]
通过公式(6)能分别计算得到p
l
、p
f1
以及p
f2
，通过p
l
能表征电感电流i
l
的k+1时刻预测值与桥臂连接电感的电感电流参考值i
l*
间的大小关系；通过p
f1
能表征飞跨电容c
f1
的k+1时刻预测值与飞跨电容c
f1
的电压参考值u
f1*
间的大小关系，通过pf2能表征飞跨电容c
f2
的k+1时刻预测值与飞跨电容c
f2
的电压参考值u
f2*
间的大小关系。
[0148]
通过公式(6)计算得到的p
l
、p
f1
以及p
f2
，能进一步更新公式(5)中的相对应占空比数据集边界，可实现循环往复运算，即将得到的所有预测值后，能确定当前k时刻电感电流约束函数值飞跨电容c
f1
的当前k时刻电压约束函数值j
f1k
、飞跨电容c
f2
的当前k时刻电压约束函数值j
f2k
，以便能分别与电感电流约束函数值j
l
、飞跨电容c
f1
的电压约束函数值j
f1
以及飞跨电容c
f2
的电压约束函数值j
f2
进行比较，并根据所述相对应的比较结果能确定是否需要终止循环运算，而在终止循环运算时，便可得出占空比循环变量g
l
、占空比循环变量g
f1
以及占空比循环变量g
f2
相对应的最优值。
[0149]
具体实施时，根据公式(6)中的判断关系，可更新相应的占空比数据集边界，具体地，具体表达式为：
[0150][0151]
上述公式(7)中，x为l、f1或f2，即能确定在一个开关周期ts内，更新当前的相应占空比数据集的下边界与上边界的具体条件。
[0152]
在利用二分法过程时，重复利用公式(5)、公式(6)以及公式(7)进行相应的循环运算，直至占空比数据集上边界与所述占空比数据集下边界的差值小于预设占空比调节精度δg，即满足最优值循环运算终止条件，所述满足最优值循环运算终止条件为：具体实施时，预设占空比调节精度δg的具体情况可以参考上述说明，此处不再赘述。
[0153]
由图15的流程可知，在具体利用二分法运算时，当电感电流参考值i
l*
大于桥臂连
接电感的电流额定值im时或者时，均令i
l*
＝im；否则，直接给定b
l
、b
f1
、b
f2
、t
l
、t
f1
、t
f2
相对应的初始值，图15中，给定的具体情况可为b
l
＝0，b
f1
＝b
f2
＝-0.5，t
l＝1
，t
f1
＝t
f2
＝0.5；当然，具体给定的初始值还可以根据实际需要选择，此处不再赘述。图15中，j
l
＝j
f1
＝j
f2
＝inf；inf是指无穷大，即初始情况下，给定j
l
＝j
f1
＝j
f2
＝inf；当然，j
l
、j
f1
、j
f2
具体的给定值也可以根据实际需要选择，此处不再赘述。
[0154]
具体地，当给定b
l
、b
f1
、b
f2
、t
l
、t
f1
、t
f2
相对应的初始值后，可利用公式(5)能分别计算得到占空比循环变量g
l
、占空比循环变量g
f1
以及占空比循环变量g
f2
的当前值。通过占空比循环变量g
l
、占空比循环变量g
f1
以及占空比循环变量g
f2
的当前值，通过公式(3)能得到以及根据公式(3)的计算结果，利用公式(4)能分别计算得到电感电流约束函数值飞跨电容c
f1
的电压约束函数值j
f1k
、飞跨电容c
f2
的电压约束函数值j
f2k
；同时，通过公式(6)能分别计算得到p
l
、p
f1
以及p
f2
。
[0155]
根据上述计算后，能进行后续的判断与赋值等步骤，直至满足满足最优值循环运算终止条件。在具体实施时，根据直流变换器的不同工作模式，上述公式(3)、公式(4)、公式(5)、公式(6)等可以根据实际需要调整或配置，具体为本技术领域所熟知，此处不再赘述。
[0156]
因此，本技术领域对图15中确定占空比循环变量g
l
的最优值、以及确定占空比循环变量g
f1
以及占空比循环变量g
f2
相对应的最优值的过程均可以参考上述说明，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
[0157]
本发明说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0158]
本技术领域人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚的说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性的描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0159]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。