[发明专利]一种双向AC-DC-DC单相变换器及其控制方法

摘要

本发明提供了一种双向AC‑DC‑DC单相变换器及其控制方法，涉及电气化铁路供电技术领域。它能有效地解决二次电压纹波的问题。采用反馈线性化思想来设计控制器以实现对该变换器输出电压的二次纹波电压控制，其步骤为：一、通过对双向AC‑DC‑DC单相变换器的建模分析，建立其大信号状态空间方程。二、构建中间辅助变量。三、设计解耦后的线性化控制器。使得具有强耦合非线性特性的双向隔离DC‑DC系统解耦，然后再线性化处理，最后在线性化后的系统条件下，设计双向AC‑DC‑DC单相变换器的新型控制器。主要用于交流电压变换成直流电压，同时实现电气隔离。

主权项

1.一种双向AC‑DC‑DC单相变换器控制方法，采用反馈线性化思想来设计控制器以实现对该变换器输出电压的二次纹波电压控制，包含如下的步骤：步骤一、通过对双向AC‑DC‑DC单相变换器的建模分析，建立其大信号状态空间方程如式(1)所示：其中vs、rs是双向AC‑DC‑DC单相变换器的输入端电源的等效电压和内阻，v1、v2、C1、C2分别是双向AC‑DC‑DC单相变换器的中间直流电压、输出电压、中间支撑电容与输出支撑电容，Lr是该变换器中隔离变压器的漏感，fs是开关频率，D是移相角；将式(1)中关于v2的一项提取整理可得：从式(2)得到双向AC‑DC‑DC单相变换器输出电压的动态特性与中间直流电压和移相角有关，且呈现非线性耦合关系；步骤二、构建中间辅助变量：构建一个辅助变量u＝D‑D²，定义误差变量将其带入式(2)并化简可得：又设：是AC‑DC‑DC单相变换器中间直流电压v₂的参考值，R为双向AC‑DC‑DC单相变换器电阻负载，将其带入式(3)并化简可得：其中kp与ki是常数：式(4)是一个二阶齐次常系数线性微分方程，这就将原方程反馈解耦，使得系统输出侧电压不受干扰量的影响，实现系统的线性化；步骤三、设计解耦后的线性化控制器：根据线性化后的数学模型，同时考虑消除或抑制输入电压对输出电压的影响，且实现输出电压对其参考电压的无静差跟踪，设计控制规则为：其中f(BP)、f(PR)和f(Notch)分别是100Hz处的带通滤波器、比例谐振控制器和陷波器对应的时域函数；由式(5)可得结合双向AC‑DC‑DC单相变换器移相控制方法下的控制规则为：根据式(6)即可设计相应的控制器，其中io为负载侧输出电流。