基于扩展移相控制的双有源桥复合优化策略的研究

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由于新能源大多以直流形式直接输出或需经交-直流转化以控制输出频率的稳定,因此需要构建以直流变压器为接口设备的直流电网。而双有源桥(Dual Active Bridge,DAB)变换器由于其原副边电气隔离、结构对称、功率密度高,成为了直流变压器的主要拓扑选择之一。合理的控制策略是保证DAB高效可靠运行的前提条件,但现有DAB变换器控制策略大多只针对单一目标进行优化,DAB变换器效率较低。因此,本文以扩展移相(Extended Phase Shift,EPS)控制下的DAB变换器为研究对象,对DAB变换器的双目标复合优化控制策略进行了研究。本文首先介绍了DAB变换器在EPS调制下的工作原理,对EPS调制下的传输功率、回流功率、电流应力的模型进行了分类与求解,建立了EPS调制下的DAB完整模型。在所得模型的基础上,解得了软开关的全约束条件,并分析了不同模式的传输功率、回流功率、电流应力、软开关特点。在前文所得EPS全建模的基础上,本文提出了一种回流功率与电流应力双目标复合优化控制策略,以降低回流功率为首要优化目标,降低电流应力为次要优化目标,根据优化目标选择宽功率范围或低电流应力的模式进行组合,采用有约束极值法,解得了复合优化控制策略的最优路径。所提控制策略实现了在优化回流功率的同时降低电流应力,增大了零回流功率条件下的传输功率范围。不断高频化对于DAB变换器提升功率密度至关重要,随着DAB变换器的高频化,软开关重要性不断提升。但是,软开关、电流应力、回流功率无法同时最优,故本文还提出了两种计及软开关的双目标复合优化控制策略,分别在软开关的前提下优化回流功率或电流应力。在所得模型与软开关约束条件的基础上,根据优化目标选择可以软开关的工作模式,采用有约束极值法解得复合优化控制策略。所提控制策略实现了DAB变换器所有开关管在不同传输功率、不同电压传输比时的完全软开关,并且工作在最优回流功率或电流应力条件下,降低了DAB变换器的导通损耗。此外,所提控制策略实现了移相比的解耦,优化路径清晰明确,便于工业运用与数字化实现。本文搭建了DAB变换器的实验平台,对比了所提控制策略与现有控制策略,验证了本文所提控制策略的有效性和效率的优越性。最后,对本文所提控制策略在不同电压传输比、不同传输功率、不同频率等不同工况的效率进行了对比,结果表明电压传输比、传输功率、频率等因素均可影响控制策略的效率变化特性,在不同工况下的最优控制策略会随着不同因素的改变而变化。
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