一种混合ISOP直流变压器的动态响应提升方法及系统

本发明属于电力电子，具体涉及一种混合isop直流变压器的动态响应提升方法及系统。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、随着电力电子技术的迅速发展，分布式能源和电动汽车为代表的直流负载越来越多。而直流分布式系统相比与传统的交流系统能更好地适应现代生活对分布式能源的需求和未来负荷的发展。直流变压器作为直流分布式系统中连接不同电压等级的直流母线、直流负载的关键设备，其运行可靠性、效率、体积等指标要求亟待提高。

3、输入串联输出并联(input-series-output-parallel,isop)型拓扑结构具器件电压应力低、冗余设计、可靠性高、电压传输比高等优势，在直流变压器或直流配电网工程中已经被广泛采用。

4、然而，传统的isop型直流变压器，往往都是只采用了串联谐振双有源桥(seriesresonant dual active bridge,sr-dab)或移相双有源桥(phase shift dual activebridge,ps-dab)两种拓扑中的一种，作为其子模块。基于sr-dab的isop型直流变压器具有传输效率高的优势，但调压能力低于ps-dab型，而基于ps-dab的isop型直流变压器具有调压范围宽的优势，但效率低于sr-dab型。因此现在的isop型直流变压器难以在调压范围和效率之间取得良好的权衡。因此混合了sr-dab和ps-dab两种拓扑、结合了两种拓扑优势的混合型isop直流变压器成为了学术研究和工程实践的热点。

5、但据发明人了解，混合型isop直流变压器因为混合了sr-dab和ps-dab两种不同的拓扑，其内部的多个变换器输入输出变量相互耦合相互影响。虽然混合型isop直流变压器相比传统仅基于ps-dab的isop效率高，但其动态响应性能受到sr-dab的影响，表现为响应速度慢，超调大，震荡严重。目前虽有通过引入简化最优轨迹控制(simplified optimaltrajectory control，sotc)提高混合型isop动态特性的方法，但其使用的sotc方法仅使用于llc拓扑。当混合型isop直流变压器反向工作时，功率流反向，此时llc的励磁电感无法起到改变轨迹的作用，因而sotc方法不再可用，无法在反向工作时提高动态响应。目前鲜有对混合isop直流变压器双向运行时均可用的动态响应提升方法的研究。

技术实现思路

1、本发明为了解决上述问题，提出了一种混合isop直流变压器的动态响应提升方法及系统，本发明可以使混合isop直流变压器在负载变化时，快速平稳地调整到新的稳态，且在双向功率流情况下均可使用，适应双向工作的工况。有效地抑制切换过程中的电压电流震荡和超调，具有实施简单，固定开关频率控制，无需因变开关频率控制而重新设计更高功率驱动电路，对变换器参数变化鲁棒的特点。

2、根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：

3、一种混合isop直流变压器的动态响应提升方法，包括以下步骤：

4、获取混合isop直流变压器的输出电压和输出电流、ps-dab的输入电压、sr-dab的输入电压和谐振电容电压；

5、若一个控制周期中通过输出电流估算的sr-dab应该输出的电流与通过谐振电容电压估算出的实际sr-dab输出电流之差的绝对值小于设定的阈值，则认为负载变化较小，则进行稳态控制，否则认为负载发生了切换，加入轨迹控制；

6、在稳态控制时，根据混合isop直流变压器的输出电压的检测值和其参考值，通过pi控制确定控制ps-dab单移相(single phase-shift,sps)调制的移相角度；

7、在轨迹控制时，首先根据混合isop直流变压器的负载电流、ps-dab的输入电压、sr-dab的输入电压，确定期望的ps-dab和sr-dab的输出电流；

8、然后，根据期望的ps-dab和sr-dab的输出电流，通过直接调节ps-dab移相角的方式以控制ps-dab的输出电流，通过状态轨迹控制方法间接控制sr-dab谐振电容电压的方式控制sr-dab的输出电流，使两者的输出电流快速达到并稳定在期望值设定范围内。

9、作为可选择的实施方式，所述稳态控制时，ps-dab在稳态时工作在单移相模式，控制变量为原副边h桥方波电压的移相角度，sr-dab在稳态时工作在串联谐振(seriesresonant,sr)模式。

10、作为进一步的实施方式，isop在稳态时，ps-dab与sr-dab的原副边h桥的电压均为方波，单个h桥内两个桥臂的开关信号相位差为180°。

11、作为进一步的实施方式，在负载切换一段时间后或者在稳态时，ps-dab工作在单移相模式，使用的状态轨迹控制算法在稳态时失去作用，sr-dab稳态工作于串联谐振模式。

12、作为可选择的实施方式，每个控制周期通过电压电流传感器检测isop的输出电压和输出电流、ps-dab的输入电压、sr-dab输入电压和谐振电容电压，检测到的sr-dab的谐振电容电压应为当前控制周期的谐振电容电压的峰值。

13、作为可选择的实施方式，确定期望的ps-dab和sr-dab的输出电流的具体过程包括期望的sr-dab的输出电流和sr-dab的输入电压占总输入电压的比例成正比，期望的ps-dab的输出电流和ps-dab的输入电压占总输入电压的比例成正比。

14、作为可选择的实施方式，通过直接调节ps-dab移相角的方式以控制ps-dab的输出电流，通过状态轨迹控制方法间接控制sr-dab谐振电容电压的方式控制sr-dab的输出电流的具体过程包括：利用期望ps-dab电流对应的移相角对pi的输出值进行前馈补偿，利用期望的sr-dab电流算出期望的sr-dab的谐振电容电压；根据当前的谐振电容电压和状态轨迹控制方法，调整sr-dab原副边开关信号的占空比，将sr-dab谐振电容电压控制在期望的电容电压设定范围内，进而间接控制sr-dab的输出电流。

15、一种混合isop直流变压器的动态响应提升系统，包括：

16、参数获取模块，被配置为获取混合isop直流变压器的输出电压和输出电流、ps-dab的输入电压、sr-dab的输入电压和谐振电容电压；

17、判断模块，被配置为判断一个控制周期中，通过输出电流估算的sr-dab应该输出电流与通过谐振电容电压估算出实际sr-dab输出电流之差的绝对值是否小于设定的阈值，若小于设定的阈值，则仅执行稳态pi控制模块，进行稳态控制，若大于设定的阈值，则调用期望输出电流计算模块和调控模块；

18、pi控制模块，被配置为根据混合isop直流变压器的输出电压的检测值和其参考值，通过pi控制确定控制ps-dab单移相调制的移相角度；

19、期望输出电流计算模块，被配置为根据混合isop直流变压器的负载电流、ps-dab的输入电压、sr-dab的输入电压，确定期望的ps-dab和sr-dab的输出电流；

20、调控模块，被配置为根据期望的ps-dab和sr-dab的输出电流，通过直接调节ps-dab移相角的方式以控制ps-dab的输出电流，通过状态轨迹控制方法间接控制sr-dab谐振电容电压的方式控制sr-dab的输出电流，使两者的输出电流快速达到并稳定在期望值设定范围内。

21、一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成上述方法中的步骤。

22、一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成上述方法中的步骤。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

24、本发明在混合isop直流变压器(简称为isop)输出负载切换时，可以持续抑制谐振腔元件(指的是sr-dab的谐振电感和电容)的电压电流震荡和sr-dab的输入电压震荡，进而使得输出电压快速稳定，提高了isop的动态响应速度。避免了仅在负载切换后的第一个控制周期内使用状态轨迹控制一次，后续控制周期内谐振腔元件的电压电流又再次产生震荡的问题。

25、本发明中的轨迹控制方法不受sr-dab的高频变压器励磁电感限制，使用双有源桥的对称开关状态实现轨迹控制，可运行于双向功率流情况。而传统策略需要利用励磁电感的励磁电流实现轨迹控制，不适用于非对称的llc或sr拓扑双向工作情况。

26、本发明在负载切换后的几个控制周期内使用状态轨迹控制的方法。达到稳态时，状态轨迹控制会自动停止作用。对仅基于pi控制器的传统isop变压器控制方法和变换效率无影响。

27、本发明通过控制sr-dab的谐振电容电压，进一步解耦了ps-dab和sr-dab变换器，使得isop的控制环路设计变得简单，且可进一步以提高环路传递函数的剪切频率。

28、本发明减小了负载切换过程中的sr-dab的电压电流震荡，进而也减小了ps-dab的输出电流震荡，避免了ps-dab频繁在轻载和重载之间切换。同时也减小了ps-dab和sr-dab输入电容电压的波动。避免器件频繁工作在极端工况，提高了变换器的寿命。

29、本发明减小了在负载切换过程中，ps-dab的回流功率，避能量在isop原边和副边频繁交换，提高了负载切换瞬态调节时的能量转换效率。

30、本发明中使用的状态轨迹控制方法不需要改变开关频率，可使用较大的励磁电感，励磁电流仅需要保证sr-dab的zvs实现即可，因此相比传统的llc变换器，励磁损耗大大减小。避免了，在传统的llc最优轨迹控制中，变压器大励磁电感时需要很长的调节周期的问题，响应速度进一步提升。

31、本发明可根据isop实际的电压和功率等级需要，适应不同ps-dab和sr-dab数目和配比的情况，因而本控制方法可广泛应用于中低压等不同场合，具有较强的扩展性和实用性。

32、为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。