[发明专利]谐振型隔离双向直流变换器的瞬态功率平衡方法及系统

说明书

本发明属于电力电子技术领域，尤其涉及一种谐振型隔离双向直流变换器的瞬态功率平衡方法及系统，包括：由主控制器对变换器的输入输出的电压电流、输出电压指令进行采集并对变流器工况进行判断，若当前控制周期较上一控制周期的输出电压参考值未发生改变、输出电压未发生明显改变而输出电流发生明显改变则选择瞬态功率平衡算法，否则选择离散PI算法，然后计算变换器各开关组态的持续时间；由有限状态机负责切换次序并控制变换器的开关动作。本发明可在1个开关周期内实现变换器传输功率与负载功率的快速平衡，基本消除输出电压的波动过程，减小变换器中无源元件在暂态过程中承受的电应力，有效提高变换器的动态特性和可靠性。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，尤其涉及一种谐振型隔离双向直流变换器的瞬态功率平衡方法及系统。

背景技术

近年来，分布式可再生能源、储能技术、电动汽车充电技术和电能路由器的快速发展对隔离DC-DC变换器的性能提出了更高的要求。LC串联谐振型双主动桥隔离双向DC-DC变换器(LC-Series-Resonant Dual-Active-Bridge Isolated Bidirectional DC-DCConverter，LC-SR-DAB，以下简称“LC串联谐振DAB”)是一种重要的直流电源接口设备。

LC串联谐振DAB兼具传统谐振变换器和普通双主动桥隔离变换器(Dual-Active-Bridge Converter，DAB)的性能优点：与传统谐振变换器相比，LC串联谐振DAB具有固定的开关频率、采用移相控制，其工作原理和控制方法更为简单，且能够管理双向功率；与普通DAB相比，LC串联谐振DAB在相同的传输功率下具有更小的开关电流，谐振电容也能够防止高频变压器偏磁。此外，由于采用“两侧主动”的工作模式，设计LC串联谐振DAB时亦无需对高频隔离变压器的励磁电感做特殊要求。

LC串联谐振DAB的关键特征是其LC谐振腔处存在着高频、大幅值的谐振电压、电流。有效控制谐振腔的这些高频行为，是改善变换器动态特性、降低无源原件和变压器电应力以及提高变换器可靠性的关键。同时，LC串联谐振DAB也会被用作电力电子变压器(Solid-State Transformer)、电能路由器(Electrical Energy Router)等更复杂的电能变换系统的高频隔离环节，其动态特性也将直接影响系统的整体性能。特别地，作为直流接口变换器，LC串联谐振DAB也应具备在负载功率的大小和方向发生剧烈波动时实现接口电压快速稳定的能力。目前直流负载类型的日益丰富、工作模式日益灵活，对直流接口电压控制能力的要求也在不断提高。

经典的PI控制方法是误差驱动的。受其积分环节的影响，在上述目标工况中，只有输出电压出现明显偏差后，PI控制的反馈机制才会生效。除了对功率波动的响应存在延迟，PI控制下输出电压的暂态过程还会带有一定的波动和超调。在对输出电压的波动范围要求严格的应用场景中，传统控制方法的应用受到很大局限。

从能量观点来看，变换器输出电压的波动，本质上是由传输功率和负载功率的不匹配造成的。在负载功率发生波动、而变换器的传输功率未被及时调整时，传输功率中过剩或亏损的部分将被输出电容吞吐，导致输出电压被泵升或跌落。如果能对负载功率的波动作出及时的辨识，并通过有效控制谐振腔的高频行为使传输功率与负载功率迅速重新平衡，就能对输出电压的动态特性实现本质上的改善。另一方面，状态轨迹法是一类研究LC谐振腔暂态行为的重要手段，状态轨迹的几何特性可以直观的揭示变换器的运行规律，可帮助确定变换器在对应不同传输功率的稳态工况间的时间最优过渡过程。

发明内容

为了保证变换器在负载功率的大小或方向发生剧烈波动时仍可保证输出电压高度稳定，本发明提出了一种谐振型隔离双向直流变换器的瞬态功率平衡控制方法，包括：

步骤1：对变换器的输入输出的电压电流、输出电压指令进行采集；