[发明专利]基于DAB的直接功率模型预测与PI复合控制方法

说明书

本发明公开了基于DAB的直接功率模型预测与PI复合控制方法，首先针对单个DAB变换器，给出其工作模态分析，由其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；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；最后对回流功率优化分析；提高双有源桥变换器的传输效率、稳定性。

技术领域

本发明属于DC/DC变换器技术领域，具体涉及基于DAB的直接功率模型预测与PI复合控制方法。

背景技术

随着全球能源危机与环境污染的加剧，新能源并网发电的趋势日益增长。相比传统交流微电网，直流微电网具有更好的可靠性、经济性指标。此外，快速发展的电力电子控制技术与制造技术，极大地提升了直流微电网的供电可靠性，使得直流微电网成为当前的研究热点。为实现新能源的收集、变换和传输，双有源桥式DC-DC变换器成为了一个潜在的能量变换装置。

直流微电网作为分布式电源和储能装置的理想接入方式，可以减少电能变换环节和滤波装置，目前已经成为主要研究方向。双有源桥变换器可以实现电压等级变换和电气绝缘，具有双向能量流动、容易实现软开关、结构高度对称等优点，作为直流配电网中各级母线间的关键接口电路，弥补分散式的可再生能源发电单元、负荷等具有随机波动、间歇性的问题。双有源桥变换器的回流功率以提高变换效率，对双有源桥变换器在直流微电网中的应用具有重要意义。针对不同的控制策略，DAB变换器表现出不同的功率转换性能。当变换器电压不匹配时，电流应力和回流功率均会大幅增加。当电流应力较大时，线路中电流峰值和有效值均会增加，使得线路损耗会不断增加，降低变换器的效率；当回流功率增加时，电源侧和负载侧的功率会不断往返传输，会使得功率在往返传输的过程中有一部分损耗在回路电阻上，同样会降低变换器的效率。变换器工作在不匹配状态，会造成开关管软开关行为的丢失，增加了开关器件的开通损耗与关断损耗，无法提高变换器效率和维持输出电压稳定、增加传输功率损耗。

在DAB变换器控制方法中，移相控制为最常用的控制方式之一，采用单移相(SPS)控制时，该控制方式简单，易于反馈调节，但只能通过调节单一变量控制系统的功率输出，无法调节系统的回流功率、电流应力等特性，不利于提升变换器效率。扩展移相(EPS)控制方法，在一次侧H桥中加入内移相比D1，增加了控制自由度，并在一定程度上降低了变换器的回流功率。基于双重移相(DPS)控制,在外移相比的基础上，同时在两侧H桥中引入了相同的内移相比，根据对DAB变换器的软开关特性、回流功率等影响因素的分析，采用分段线性的控制方法来改善回流功率，相比于扩展移相(EPS)控制，双重移相(DPS)在变换器轻载时更好的减小回流功率和扩大软开关范围。三重移相控制下DAB变换器工作模态较多，回流功率数学模型过于复杂，在实际工程应用中难以推广。

综上所述，在直流微电网系统中作为不同电压等级的直流母线、分布式电源与储能设备的关键接口，为保证双有源桥式DC-DC变流器在直流微网互联中功率传输的效率及直流母线电压稳定性，要通过灵活的控制方式使能量能够双向流动，提高直流微电网群相互支撑控制的系统鲁棒性与快速性，因此对于DAB变换器的动态性能和抗干扰能力有着重要需求。

发明内容

本发明的目的是提供基于DAB的直接功率模型预测与PI复合控制方法，该方法在优化回流功率的基础上，同时使双有源变换器全功率范围内开关管工作在零电压开通状态，减小了变换器损耗；回流功率与软开关范围同时影响着变换器的功率传输性能；合理选择移相角的值，对移相角组合进行优化，可降低甚至完全消除回流功率；兼顾输入输出电压关系，即电压转换比k，实现变换器H桥开关管软开关，提高双有源桥变换器的传输效率、稳定性。

本发明所采用的技术方案是，基于DAB的直接功率模型预测与PI复合控制方法，具体按以下步骤实施：