[发明专利]三相双向DC-DC变换器拓扑及移相控制方法

说明书

本发明公开了一种新型三相双向DC‑DC变换器拓扑及移相控制方法，属于电力控制领域。它首先提出了一种新型的三相双向DC‑DC变换器拓扑，包括原边、副边侧直流电源，原边、副边侧滤波电容，原边侧、副边侧三相桥式电路、三个相同的移相电感。同时提出了移相电感参数的设计方法，在考虑了输出功率、电流应力以及电流有效值等方面后得到了电感的设计依据。另外，提出了一种移相控制方法，通过移相控制使得原副边三相桥臂驱动信号整体移相一个角度，且原边和副边的三相桥臂脉冲相差120°，同时设置死区时间，通过仅改变副边直流输出电流指令值的大小和方向，实现变换器功率正反向传输的平滑切换。

技术领域

本发明涉及三相双向DC-DC变换器领域，具体涉及一种三相双向DC-DC变换器拓扑、电感参数设计及移相控制方法。

背景技术

随着全球范围内新能源发电装机容量的增加以及电力电子技术的不断发展，分布式和储能型电源的需求量递增，更多的功率变换器需要工作在功率双向传输的场合。双向DC-DC变换器，作为连接两个直流母线的桥梁，在UPS系统、航天电源系统及新能源储能系统等场合应用广泛，吸引了越来越多国内外学者的研究。现有双向DC-DC变换器存在三个方面的挑战：一方面是拓扑结构的设计，结构简单、低成本、宽电压范围及大容量等是未来双向DC-DC变换器的发展趋势；另一个方面是变换器功率电路的设计，这些参数直接影响变换器的整体性能；最后一个方面是控制方法的优化，如何有效实现功率双向流动平滑切换且控制策略易实现是当前的研究热点。

针对双向DC-DC拓扑结构和控制方法国内外专家学者们提出了一些方法，主要有：

题为“Evaluation of a high-power three-phase dual active bridge DC-DCconverter with three-level phase-legs”【2016 18th European Conference on PowerElectronics and Applications】、题为《大功率三电平三相双有源桥式直流-直流变换器的评估》，(2016年第18届欧洲电力电子与应用会议)的文章提出了三变量的调制策略，可以实现全功率范围内的软开关，且实现了功率双向流动，但控制策略复杂，不易于工程实现。题为基于《柔性直流输电系统主回路换相电感的参数设计》，(《黑龙江电力，第38卷第5期》447～450页)的文章针对换相电感的设计主要考虑电感是否满足功率传输、电流快速跟踪以及谐波电流抑制等方面的需求，并没有对电流应力、电流最大有效值对系统承受范围的影响进行研究。题为《基于TMS320F2812生成移相PWM的2种办法》，(《海军航空工程学院学报》，2020年第35卷第6期478～482页)的文章提出了PWM移相控制方法，但它只提出了两路PWM波的移相方法，并没有对多路PWM波的移相办法进行说明。中国专利文献《一种新型双向DC-DC变换器》(CN110729902A)提出了一种改进型单相DAB结构，但其采用的单相结构，功率等级低，输出电流纹波较大，且这种结构由于高频变压器的存在，成本较高。上述文献均有涉及到双向DC-DC变换器、电感参数设计及移相控制方法，但均有不足之处，具体为：

1、很难兼顾双向DC-DC拓扑结构简单、容量大且同功率等级下成本低等方面；

2、对三相双向DC-DC移相电感参数的设计研究尚少，缺乏合理的电感参数设计依据；

2、对于多路PWM波移相控制的生成过程均未具体介绍，且对于死区时间的配置过程并没有涉及，对功率正反向切换暂态过程中如何保持稳定的移相角输出提及甚少且控制策略复杂。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服上述各种技术方案的局限性，针对三相双向DC-DC变换器拓扑结构复杂的问题，提出了一种新型拓扑，减小了同功率等级下的设备成本，并给出了电感的参数设计的依据，最后通过优化控制策略，在一种控制模式下就能实现功率正反向切换，提出了一种移相控制方法。