[发明专利]基于虚拟频率的双向交直流变换器控制方法

说明书

本发明涉及交直流微电网领域，具体是基于虚拟频率的双向交直流变换器控制方法。本发明解决了传统控制策略控制环节设计难度大、系统输出功率与控制参数呈现非线性关系、采用大容量电解电容导致功率密度低的问题。该交直流变换器由双有源桥变换器和全桥逆变器构成。该方法在传统移相控制的基础上加入虚拟频率控制，实现了控制的线性化；调节开关管驱动信号使得全桥逆变器工作在同步状态，从而减小输出侧滤波电容的容量，令变换器的设计更趋模块化，便于系统升级扩容；通过电压电流双闭环控制使输出电流和电压保持稳定。本发明基于虚拟频率的双向交直流变换器控制方法，具有良好的实用性。

技术领域

本发明涉及交直流微电网领域，具体是基于虚拟频率的双向交直流变换器控制方法。

背景技术

随着电力电子技术和分布式电源的快速发展，直流型分布式电源和负荷占比逐步提升，直流微电网与交流微电网结合形成的交直流混合微电网，不仅可以对原有的交流电网提供支撑，还可以减少直流原件接入交流系统产生的损耗，提高了系统的稳定性和经济型。作为连接交直流微网的关键设备，双向AC/DC变换器承载着控制能量在直流母线和交流电网之间传递的任务，对维持电网稳定运行起到了关键作用。其中，基于DAB结构的双向交直流变换器因其具有能量双向流动、模块化程度高、软开关实现简单、动态响应速度快等优点成为高频隔离变换器的关键模块。

针对双向AC/DC变换器的控制策略中，传统移相调制是最常见的控制方式，三重移相控制策略因其具有三个自由度被广泛应用，该方案存在三个缺点：变换器采用多级控制策略，导致结构复杂、造价昂贵、控制环节难以设计，增大了系统的模块数量与设计难度；相移控制的优化算法会导致系统输出功率与控制参数呈现非线性关系，增加控制的复杂程度，使得变换器的扩展不灵活；稳压电容体积较大且通常使用电解电容，增加了变换器的故障率的同时也增大了变换器体积。

发明内容

本发明为了解决传统交直流变换器多级控制，输出功率与控制参数非线性，硬件体积大，系统设计复杂的技术问题，针对现有技术缺陷，设计了基于虚拟频率的双向交直流变换器控制方法。

本发明是基于如下技术方案实现的：一种基于虚拟频率的双向交直流变换器控制方法，所述双向交直流变换器拓扑结构由DAB和有源全桥逆变桥SI构成，DAB包括逆变全桥H₁和整流全桥H₂，两桥臂通过辅助电感和变压器组成的磁性网络相连接，变压器变比为1:n；直流侧通过并联滤波电容C₁连接逆变全桥H₁，整流全桥H₂的输出侧与电容器C_rec并联连接，有源全桥逆变桥SI的输出通过滤波电感L_ac连接交流电网；

将虚拟频率控制与电压电流双闭环控制结合，使得传输功率与控制变量线性化；具体如下：

电压控制模块中，双向交直流变换器的交流侧母线电压u_g经锁相环PLL得开关角频率w_s；设定直流母线电压参考值其与双向交直流变换器的直流侧母线实际电压值u_dc比较后，所得差值经过第一PI控制器得到交流侧母线电流参考值电流控制模块中，双向交直流变换器交流侧母线实际电流i_ac经过Park变换得到交流母线电流直轴分量i_d，交流侧母线电流参考值与交流母线电流直轴分量i_d作差后，经过第二PI控制器和Park反变换输出修正相移量ΔD₁；相移控制量调制模块中，通过检测得到的直流侧实际电压值u_dc和交流侧电压u_g，两电压值相比得到电压变比k，经相移计算式1计算得到主相移量将与电流控制模块输出的修正相移量ΔD₁相减得到最终相移量D₁，再由相移计算式2得到相移量D₀和D₂，从而输出脉冲PWM驱动信号控制开关管导通使变换器在给定控制方式下运行；所述的相移计算式1为