[发明专利]基于DAB的直接功率模型预测与PI复合控制方法

权利要求书

1.基于DAB的直接功率模型预测与PI复合控制方法，其特征在于，具体按以下步骤实施：

步骤1，首先针对单个DAB变换器，给出变换器的工作模态分析，由变换器开关周期内瞬时积分构建的高频变压器左右两侧H桥的电压波形以及流过储能电感的电流波形，推导建立传输功率、软开关范围及回流功率的数学模型；

步骤2，将经步骤1得到的软开关的范围条件变成边界条件的等式带入变换器传输功率公式中得到软开关功率边界优化目标函数，以回流功率和软开关功率边界为优化目标，以DAB变换器的传输功率为约束条件，求解出DAB变换器工作在不同传输功率模态和电压转换比下的优化移相角，使所述变换器的回流功率最小，同时变换器的开关管工作在软开关状态；

步骤3，回流功率的优化分析。

2.根据权利要求1所述的基于DAB的直接功率模型预测与PI复合控制方法，其特征在于，所述步骤1具体内容为：对变换器的回流功率进行分析，电路达到稳态时，一个开关周期内电感电流可以分为八个阶段，且电感电流平均值为零，分析各阶段电感电流的表达式为：

式中：i_L(t₀)、i_L(t₁)、i_L(t₂)、i_L(t₃)是变换器开关周期内各阶段的电感电流，T_hs是变换器一个开关周期的一半，n是变压器变比，K变换器的电压转换比，D₁是变换器H桥的内移相角，D₂是变换器两个H桥之间的外移相角；

公式(1)中T_hs是变换器一个开关周期的一半，其中设变换器的功率基值公式(2)为：

式中：P_N为变换器的功率基值，V₁为变换器输入电压，V₂为变换器输出电压，L为变换器的储能电感，f_s为变换器的频率；

传输功率为：

式中：P_C为变换器的传输功率，v_AB为变换器左侧H桥的输出电压；

由公式(3)功率基值可以得到传输功率的标幺值：

P_M＝4D₂(1-D₂)-2D₁² (4)

式中：p_M为变换器传输功率的标幺值；

移相控制下回流功率的标幺值为：

式中：q_DPS为回流功率的标幺值；

双有源桥DC-DC变换器在双重移相调制下软开关范围的推导，双移相调制下变换器原副边开关管实现软开关ZVS的约束条件为：

式中：i_L(t₁)、i_L(t₃)是变换器开关周期内的电感电流；

由公式(6)与公式(1)结合，可以推出软开关的条件范围为：

式中：K变换器的电压转换比，且

将软开关边界条件带入变换器的传输功率公式(3)中，经标幺化后可分别得到原边桥与副边桥的软开关边界功率：

式中：p₁、p₂分别是原边桥与副边桥的软开关边界的功率；

由此可得变换器的软开关的边界功率范围：

式中：p_软为变换器的软开关的边界功率范围；

经上述步骤构建以软开关为目标函数的优化，在以双有源桥变换器回流功率与软开关为优化目标下构建拉格朗日函数：

附加约束条件：P-p_M＝0 (11)

软开关目标函数：

回流功率目标函数：

拉格朗日函数公式为：

L(D₁,D₂,λ)＝q_DPS-p_软+λ(P-p_M) (14)

式中：λ为拉格朗日乘子；

在拉格朗日函数公式(14)中要求变换器的回流功率最小，但软开关的范围尽可能的大，所以回流功率目标函数与软开关目标函数相减，再在以传输功率为约束条件的拉格朗日函数中求取优化的移相角。