本發(fā)明屬于單相雙有源橋式直流變換器
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種基于三重移相的單相雙有源橋式直流變換器的軟啟控制方法。
背景技術(shù)：
：?jiǎn)蜗嚯p有源橋式直流變換器由一個(gè)單相高頻變壓器和兩個(gè)全橋電路構(gòu)成，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。它是一種隔離型雙向直流變換器。它具有高功率密度、較低的開關(guān)應(yīng)力和易于實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)等優(yōu)點(diǎn)。它適合應(yīng)用于混合動(dòng)力汽車、電力電子變壓器以及智能電網(wǎng)中能量存儲(chǔ)系統(tǒng)等。對(duì)于單相雙有源橋式直流變換器，在加正常工況的調(diào)制策略之前，二次側(cè)電容電壓需要從初始狀態(tài)充電到一定的值，這個(gè)過(guò)程也叫做雙有源橋式直流變換器的啟動(dòng)過(guò)程。在啟動(dòng)過(guò)程中，往往將二次側(cè)橋式開關(guān)管閉鎖，控制一次側(cè)橋式開關(guān)管開通關(guān)斷來(lái)完成對(duì)二次側(cè)電容的充電。由于二次側(cè)電容電壓起始值為0，所以在起始時(shí)刻容易造成較大的沖擊電流，對(duì)開關(guān)器件造成極大的損害危險(xiǎn)，影響換流器的正常運(yùn)行。在啟動(dòng)的過(guò)程中，雙有源橋的等效電路相當(dāng)于兩側(cè)電源直接加在電感l(wèi)s(由變壓器漏感和線路串聯(lián)電感等組成)上，在電感上會(huì)產(chǎn)生直流偏置現(xiàn)象，嚴(yán)重的話會(huì)導(dǎo)致變壓器磁飽和，影響換流器的正常運(yùn)行。現(xiàn)有的改善上述現(xiàn)象的方法大概分為兩類，一種是閉鎖二次側(cè)h橋開關(guān)器件，通過(guò)給一次側(cè)橋式開關(guān)管窄的驅(qū)動(dòng)脈沖來(lái)給二次側(cè)充電，由于驅(qū)動(dòng)脈沖很窄，所以能抑制沖擊電流和電感電流偏置的大小，降低對(duì)換流器器件影響的可能。另一種是將二次側(cè)也控制成正常開通關(guān)斷的整流電路，通過(guò)控制兩個(gè)橋式電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)之間的移相角通過(guò)改變移相角的大小，就可以控制傳輸功率的大小。兩種方法都能完成對(duì)二次側(cè)電容充電，在充電的過(guò)程中，同樣給直流變換器很小的移相角來(lái)抑制沖擊電流和電感電流偏置問(wèn)題，由圖7可以看出偏置現(xiàn)象并沒(méi)有完全消除，現(xiàn)有的改善方法都是減小功率流動(dòng)的大小來(lái)抑制上述的問(wèn)題。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種基于三重移相的單相雙有源橋式直流變換器的軟啟控制方法，該控制方法具有三個(gè)控制變量，通過(guò)在初始時(shí)刻引入一個(gè)暫態(tài)移相比d1δ，能大大降低因電流峰值過(guò)大對(duì)器件造成的損害，使二次側(cè)電壓平穩(wěn)的達(dá)到指令值，且在啟動(dòng)過(guò)程中電感電流沒(méi)有偏置，防止出現(xiàn)變壓器磁飽和問(wèn)題。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：基于三重移相的單相雙有源橋式直流變換器的軟啟控制方法，包括：在直流變換器處于對(duì)二次側(cè)電容充電的工況下，通過(guò)在充電過(guò)程中控制v1側(cè)h橋電路的內(nèi)移相比指令d1的大小，使得在充電過(guò)程中電感電流沒(méi)有偏置；其中，單相雙有源橋式直流變換器由一個(gè)單相高頻變壓器和兩個(gè)h橋電路構(gòu)成；三重移相包含三個(gè)控制變量，即兩個(gè)內(nèi)移相比和一個(gè)外移相比，內(nèi)移相比是指在一個(gè)開關(guān)周期ts內(nèi)，h橋電路輸出的相電壓函數(shù)vab(t)或vcd(t)為1或-1的時(shí)間占整個(gè)開關(guān)周期的比例，即占空比，占空比小于或等于1；相電壓函數(shù)的值為1代表該相輸出正電平，其值為0代表該相輸出0電平，值為-1代表該相輸出負(fù)電平；vab(t)代表v1側(cè)h橋輸出的相電壓函數(shù)，vcd(t)代表v2側(cè)h橋輸出的相電壓函數(shù)，外移相比代表兩個(gè)h橋輸出基波間的移相比。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，軟啟過(guò)程的具體控制方法為：以充電開始時(shí)刻為0時(shí)刻，經(jīng)過(guò)ts/2后，引入暫態(tài)移相比d1δ，即對(duì)v1側(cè)h橋施加脈沖使相電壓函數(shù)vab(t)為1或-1；經(jīng)過(guò)(d1δts/2)后，改變h橋的開關(guān)管導(dǎo)通順序，使相電壓函數(shù)vab(t)為0；在ts時(shí)刻，進(jìn)一步改變h橋的開關(guān)管導(dǎo)通順序，使相電壓函數(shù)vab(t)為-1或1；經(jīng)過(guò)(d1ts/2)后，改變h橋的開關(guān)管導(dǎo)通順序，使相電壓函數(shù)vab(t)為0；在3ts/2時(shí)刻，進(jìn)一步改變h橋的開關(guān)管導(dǎo)通順序，使相電壓函數(shù)vab(t)為1或-1，即在半個(gè)開關(guān)周期內(nèi)引入暫態(tài)移相比d1δ，之后立刻恢復(fù)移相比指令d1；d1代表v1側(cè)的h橋電路的內(nèi)移相比，其約束關(guān)系式需要滿足式(1)；其中，imax為使直流變換器正常工作電流的最大值。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，在起始時(shí)刻v1側(cè)的暫態(tài)移相比的表達(dá)式為：本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，在充電初始時(shí)刻引入暫態(tài)移相比d1δ，半個(gè)開關(guān)周期后，v1側(cè)內(nèi)移相比指令恢復(fù)到d1，直到v2側(cè)電容電壓充到指令值。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：本發(fā)明在于對(duì)v1側(cè)h橋開關(guān)管施加驅(qū)動(dòng)脈沖時(shí)，引入一個(gè)暫態(tài)的移相比指令。通過(guò)調(diào)節(jié)初始時(shí)刻移相比大小，能夠有效抑制變壓器電感電流峰值，與傳統(tǒng)軟啟動(dòng)或硬啟動(dòng)控制策略相比，抑制效果更好，防止電流峰值過(guò)大引起器件損壞。進(jìn)一步，本發(fā)明解決了啟動(dòng)過(guò)程中電感電流的偏置問(wèn)題，避免變壓器出現(xiàn)磁飽和問(wèn)題，從而改善了變換器在啟動(dòng)過(guò)程中特性。進(jìn)一步，本發(fā)明提出的基于三重移相的單相雙有源橋式直流變換器的軟啟控制方法對(duì)兩個(gè)h橋均施加觸發(fā)脈沖，在二次側(cè)充電完成后，根據(jù)實(shí)際需要，可以直接切換到正常工況的調(diào)制策略，不需要停機(jī)。附圖說(shuō)明圖1為單相雙有源橋式直流變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；圖2為硬啟動(dòng)調(diào)制策略中v1側(cè)和v2側(cè)h橋輸出電壓波形vab和vcd及電感電流波形il；圖3為硬啟動(dòng)調(diào)制策略中v2側(cè)電容電壓仿真波形；圖4為硬啟動(dòng)調(diào)制策略中電感電流仿真波形；圖5為傳統(tǒng)軟啟動(dòng)調(diào)制策略中v1側(cè)和v2側(cè)h橋輸出電壓波形vab和vcd及電感電流波形il；圖6為傳統(tǒng)軟啟動(dòng)調(diào)制策略中v2側(cè)電容電壓仿真波形；圖7為傳統(tǒng)軟啟動(dòng)調(diào)制策略中電感電流仿真波形；圖8為基于三重移相的單相雙有源橋式直流變換器的軟啟控制方法中v1側(cè)和v2側(cè)h橋輸出電壓波形vab和vcd及電感電流波形il；圖9為基于三重移相的單相雙有源橋式直流變換器的軟啟控制方法中v2側(cè)電容電壓仿真波形；圖10為基于三重移相的單相雙有源橋式直流變換器的軟啟控制方法中電感電流仿真波形。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，所述是對(duì)本發(fā)明的解釋而不是限定。單相雙有源橋式直流變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。其中，假設(shè)功率是從v1側(cè)流向v2側(cè)，則v1是輸入側(cè)直流電壓，v2是輸出側(cè)直流電壓，即對(duì)v2側(cè)電容充電。ls是變壓器的漏感與線路電感之和；rs是等效的線路電阻；il是變壓器電感電流。單相高頻變壓器的變比為n:1。設(shè)定單相雙有源橋式直流變換器的一組基本參數(shù)如表1所示。表1參數(shù)數(shù)值參數(shù)數(shù)值v1側(cè)電壓穩(wěn)態(tài)值v1100v開關(guān)頻率fs20khzv2側(cè)電壓穩(wěn)態(tài)值v260v變壓器變比n1v1側(cè)輸入電容ci500μf電阻rs0.2ωv2側(cè)輸出電容co300μf電感l(wèi)s35μh在單相雙有源橋式直流變換器進(jìn)行啟動(dòng)時(shí)，采用可以實(shí)現(xiàn)電感電流有效值最低的占空比加移相調(diào)制策略。這種調(diào)制策略下有三個(gè)控制變量：v1側(cè)和v2側(cè)兩個(gè)單相橋式電路的內(nèi)移相比分別為d1和d2，以及兩側(cè)h橋電路輸出的相電壓開關(guān)函數(shù)基波之間的外移相比df。其中內(nèi)移相比指在一個(gè)開關(guān)周期ts內(nèi)每相相電壓為正電壓或負(fù)電壓持續(xù)的時(shí)間占整個(gè)開關(guān)周期的比例。對(duì)于表1中的基本參數(shù)，變換器在基于三重移相的單相雙有源橋式直流變換器的軟啟控制方法中三個(gè)控制變量分別為：占空比d1為0.2、d2為0.2，移相角df為0.5。對(duì)于傳統(tǒng)軟啟控制策略，v1側(cè)施加的窄脈沖寬度占半個(gè)開關(guān)周期比例也為0.2，v2側(cè)h橋控制成不控整流。硬啟動(dòng)的控制策略中，v1側(cè)施加的脈沖寬度占半個(gè)開關(guān)周期比例為1，v2側(cè)h橋控制成不控整流。硬啟動(dòng)工況下，兩個(gè)h橋輸出的相電壓波形及電感電流波形如圖2所示，v2側(cè)電容電壓波形仿真結(jié)果如圖3所示，電感電流波形如圖4所示。由仿真結(jié)果可以看出，在該控制下電流峰值達(dá)到68.8a，且存在極大電感電流偏置現(xiàn)象，容易對(duì)器件或變壓器造成損害。在傳統(tǒng)軟啟動(dòng)工況下，兩個(gè)h橋輸出的相電壓波形及電感電流波形如圖5所示，v2側(cè)電容電壓波形仿真結(jié)果如圖6所示，電感電流波形如圖7所示。由仿真結(jié)果可以看出，在該控制策略對(duì)于電流峰值及電感電流偏置有一定的抑制作用。電流峰值為14.8a，電感電流偏置雖然得到抑制，但是依然存在。當(dāng)使用本發(fā)明中基于三重移相的單相雙有源橋式直流變換器的軟啟控制方法時(shí)，兩個(gè)h橋輸出的相電壓波形及電感電流波形如圖8所示。在充電起始時(shí)刻，引入的暫態(tài)移相比的表達(dá)式為：式中，fs＝1/ts，即開關(guān)頻率；τ＝ls/rs，為時(shí)間常數(shù)。根據(jù)表1中變換器的參數(shù)可以得到τ＝ls/rs＝1.75×10-4。由式(2)可以得到v1側(cè)單相橋的過(guò)渡占空比分別為d1δ＝0.1。對(duì)于v1側(cè)的h橋電路，在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)移相比為d1，d1需要滿足式(1)。以充電開始時(shí)刻為0時(shí)刻，經(jīng)過(guò)ts/2后，引入暫態(tài)移相比d1δ，即對(duì)v1側(cè)h橋施加脈沖使相電壓函數(shù)vab(t)為1或-1；經(jīng)過(guò)(d1δts/2)后，改變h橋的開關(guān)管導(dǎo)通順序，使相電壓函數(shù)vab(t)為0；在ts時(shí)刻，進(jìn)一步改變h橋的開關(guān)管導(dǎo)通順序，使相電壓函數(shù)vab(t)為-1或1；經(jīng)過(guò)(d1ts/2)后，改變h橋的開關(guān)管導(dǎo)通順序，使相電壓函數(shù)vab(t)為0；在3ts/2時(shí)刻，進(jìn)一步改變h橋的開關(guān)管導(dǎo)通順序，使相電壓函數(shù)vab(t)為1或-1，即僅在半個(gè)開關(guān)周期內(nèi)引入暫態(tài)移相比d1δ，之后立刻恢復(fù)移相比指令d1?；谌匾葡嗟膯蜗嚯p有源橋式直流變換器的軟啟控制方法中，兩個(gè)h橋輸出的相電壓波形及電感電流波形如圖8所示，v2側(cè)電容電壓充電波形如圖9所示，電感電流仿真結(jié)果如圖10所示。由圖10可以看出，與傳統(tǒng)軟啟策略及硬啟動(dòng)相比，基于三重移相的單相雙有源橋式直流變換器的軟啟控制方法中電感電流峰值能夠有效抑制，峰值均小于前兩種啟動(dòng)策略，防止因電流峰值過(guò)大引起的器件損壞問(wèn)題，且在整個(gè)軟啟過(guò)程中電感電流沒(méi)有偏置，避免變壓器出現(xiàn)磁飽和問(wèn)題。當(dāng)前第1頁(yè)12