[发明专利]三电平双有源桥变换器电感电流有效值控制方法及系统

说明书

本发明提供了一种三电平双有源桥变换器电感电流有效值控制方法及系统，该方法包括：基于划分三电平双有源桥变换器的全‑半桥模态，获取全‑半桥模态下的三电平双有源桥变换器的传输功率和电感电流；根据电感电流求解电感电流有效值，并基于传输功率对有效值进行数值优化，获取优化控制表；对半桥模态下优化的有效值进行经验值偏置并将偏置结果与全桥模态下优化的有效值进行比较，确定理想模态切换边界；根据理想模态切换边界获取实际模态切换边界；基于实际模态切换边界及优化控制表对变换器进行协调配合控制。本控制方法可以大幅降低变换器的开关损耗，实现模态切换间的无电感电流冲击衔接，在确保变换器安全运行的前提下提高整体运行效率。

技术领域

本发明涉及电力电子变换器优化运行技术领域，尤其是涉及一种三电平双有源桥变换器电感电流有效值控制方法及系统。

背景技术

三电平双有源桥变换器(Three-level Dual Active Bridge Converter,3L-DABConverter)作为一种新型的直-直变换器，不仅继承了传统双有源桥变换器能量可双向流动、输入输出间隔离、能量密度高、结构紧凑等优点，还具有可控自由度高、中高压大容量适应性强、易于实现功率器件ZVS(Zero Voltage Switching)等优点，在近20年受到广泛的关注。

三电平双有源桥变换器一般基于移相控制器进行常规控制，但当输入输出电压不匹配及轻载时变换器整体效率下降，变换器电流应力高。当对优化效果要求较高时，就需要使用多个控制自由度，又因不同控制维度之间相互存在影响，使得控制维度越高的控制方法越为复杂，越难以通过求导法、拉格朗日乘数法、库恩塔库法等传统数学方法对电感电流有效值进行优化。在不增加控制自由度、不改变开关电路结构、不改变变压器结构的情况下往往难以对变换器的运行效率进行较大提升。而且三电平双有源桥变换器的现有控制是作用在一个完整的三电平全桥上的，无法只控制单个三电平桥臂使其切换为半桥工作，并没有考虑两侧同时转换为半桥工作模态和全桥工作模态之间的配合，导致变换器运行效率低下，且开关消耗大。

发明内容

本发明旨在提供一种三电平双有源桥变换器电感电流有效值控制方法及系统，以解决上述技术问题，大幅降低变换器的开关损耗，实现模态切换间的无电感电流冲击衔接，在确保变换器安全运行的前提下提高整体运行效率。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种三电平双有源桥变换器电感电流有效值控制方法，包括：

基于划分三电平双有源桥变换器的全-半桥模态，获取全-半桥模态下的三电平双有源桥变换器的传输功率和电感电流；所述全-半桥模态包括全桥模态和半桥模态；

根据电感电流求解电感电流有效值，并基于传输功率对有效值进行数值优化，获取优化控制表；

对半桥模态下优化的有效值进行经验值偏置并将偏置结果与全桥模态下优化的有效值进行比较，确定理想模态切换边界；

根据理想模态切换边界获取实际模态切换边界；

基于实际模态切换边界及优化控制表对变换器进行协调配合控制。

上述方案提出的控制方法不改变传统三电平双有源桥变换器控制对电流电感有效值优化的固有特性，即未增加控制难度和计算负担。在上述前提下，上述方案将变换器切换在不同模态以应对不同的工况；并对不同模态下得到的电感电流有效值进行数值优化；基于优化结果，利用加上经验值偏置后的半桥模态下优化的有效值与全桥模态下优化的有效值进行对比确定实际模态切换边界；最后通过实际模态切换边界、优化控制表，配合完成三电平双有源桥的开关控制。

上述方案中，基于实际模态切换边界对变换器进行控制，可以在对应工作模式下令变换器产生对应的直流偏置以适应不同输入输出电压变比，可以大幅降低变换器的开关损耗，实现模态切换间的无电感电流冲击衔接；而基于优化控制表对变换器进行控制，使得变换器具有良好的稳态性能，在确保变换器安全运行的前提下提高整体运行效率。