一种部分隔离型三端口变换器部分工作模式下回流功率为零的优化方法技术

本发明专利技术公开了一种部分隔离型三端口变换器部分工作模式下回流功率为零的优化方法，涉及电力电子变换器技术领域，所述回流功率为零的优化方法包括：针对变换器左外部工作模式，根据端口2光伏板的最大功率值P

【技术实现步骤摘要】
一种部分隔离型三端口变换器部分工作模式下回流功率为零的优化方法


[0001]本专利技术涉及新能源发电和混合储能
中的电力电子变换器技术领 域，具体涉及一种基于双有源桥部分隔离型三端口变换器部分工作模式下回 流功率为零的参数优化理论设计方法。

技术介绍

[0002]部分隔离型双有源桥三端口变换器，直流
‑
直流变换器，具有可实现软开 关、能量双向流动、功率器件复用、较高的功率密度等优点，其输入端口与 输出端口之间具有电气隔离，通常适用于中小功率等级，目前在新能源发电 和混合储能
中应用的非常广泛，针对此变换器性能的优化也是国内 外研究的热点。
[0003]目前此变换器普遍采用的控制方法是PWM+单移相的控制方法，控制简 单且易于实现，但是，存在峰值电流过大、开关应力过大等问题，而回流功 率的存在是引起峰值电流变大、开关损耗增加以及变换器效率降低的主要原 因。
[0004]基于此，本专利技术提供一种部分隔离型三端口变换器部分工作模式下回流 功率为零的参数优化方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种部分隔离型三端口变换器部分工作模式下回 流功率为零的参数优化方法，以解决上述
技术介绍
中的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种部分隔离型三端口变 换器，该变换器的拓扑电路包含三个输入/输出端口、三个滤波电容(C1～C3)、 两个有源全桥、一个高频变压器T、电感L、电感L1、电感L2、原边单相全桥 和副边单相全桥，三个输入/输出端口分别为蓄电池端口V
b
、光伏端口V
p
和负 载端口V
o
，三个滤波电容与三个输入/输出端口分别并联，两个有源全桥由八 个MOSFET功率开关管(S1～S8)组成，电感L1和电感L2连接光伏端口V
p
与 蓄电池端口V
b
构成双向Buck/Boost电路，高频变压器T变比为n:1，所述原边 单相全桥中点电压为U
ab
，副边单相全桥中点电压为U
cd
，电压调节比k＝V
b
/nV
P
。
[0007]一种变换器部分工作模式下回流功率为零的参数优化方法，包含以下步 骤：
[0008]S1、分析三端口变换器工作模式，绘制变换器左外部工作模式工作原 理波形图；
[0009]S2、根据左外部工作模式工作原理波形图，建设数学模型求出各时刻 电感电流值、回流功率、传输功率；
[0010]S3、根据S2所求得的传输功率表达式，求出变换器最大传输功率，对 回流功率、传输功率进行标幺化；
[0011]S4、根据S3所求得的传输功率的标幺化数学表达式，在约束条件为{π /2(1
‑
2D)≤Φ≤π/2(0.5≥D≥0)}、{π/2(2D
‑
1)≤Φ≤π/2(1≥D≥0.5)} 下做出左外部工作模式传输功率二维特性图；
[0012]S5、根据S2所求得的电感电流数学表达式建立f(D，Φ)函数，在 S4的约束条件以及不同电压调节比k值的约束条件下，作出f(D，Φ)函数 的二维特性图，求出满足回流功率为零的D、Φ区域，其中f(D，Φ)＝0时 为零回流功率临界点；
[0013]S6、根据S3所求得的传输功率的标幺化数学表达试，在S4的约束条 件和S5中函数f(D，Φ)＝0时的约束条件，以及不同k值条件下作出满足 回流功率为零和变换器在左外部工作模式下传输功率二维特性图，求出满足 回流功率为零的标幺化传输功率区域；
[0014]S7、根据S6所作的传输功率二维特性图，将光伏板的最大功率值P
pmax
设定在回流功率为零以及左外部工作模式下传输功率边界范围内；
[0015]S8、根据S5所求得的回流功率为零的D、Φ区域中，选择一个合适的 占空比D
a
，在光伏最大功率V
pmax
条件下由公式D＝V
p
/V
b
，求出输入直流母线 电压V
b
；
[0016]S9、根据S3所求得的传输功率的标幺化数学表达试，以及S8的光伏 最大功率P
pmax
、占空比D
a
，求出移相角Φ
a
；
[0017]S10、根据S9所求得的Φ
a
，判定Φ
a
是否处于S5所求得的回流功率为 零的Φ区域中，在此区域内，参数优化理论设计可行，变换器部分工作模式 下回流功率理论值为零；
[0018]左外部工作模式：U
ab
正/负电平的一部分处于U
cd
正/负电平左边外部，且 满足{π/2(1
‑
2D)≤Φ≤π/2(0.5≥D≥0)}、{π/2(2D
‑
1)≤Φ≤π/2 (1≥D≥0.5)}；
[0019]式中：D为原边全桥占空比，其中D＝V
p
/V
b
；Φ为原边单相全桥中点电压 U
ab
与副边单相全桥中点电压U
cd
之间的移相角。
[0020]根据S1绘制的左外部工作模式工作原理波形图，计算变换器在PWM+ 单移相的控制方法下各时刻电感电流值i
L
：令t0＝0，占空比0.5≥D≥0时，得 t1＝T
s
/2π(Φ
‑
π/2+πD)，t2＝DT
s
，t3＝1/2T
s
；占空比1≥D≥0.5时，得t1＝T
s
/2 π(Φ+π/2
‑
πD)，t2＝(1
‑
D)T
s
，t3＝1/2T
s
，其中T
s
为开关周期；电压调节 比k＝V
b
/nV
P
；移相电感电流呈现一种对称性，满足i
L
(t0)＝
‑
i
L
(t3)可得：
[0021]占空比0.5≥D≥0时：
[0022][0023][0024][0025][0026]占空比1≥D≥0.5时：
[0027][0028][0029][0030][0031]占空比1≥D≥0时：
[0032][0033]式中：P
1回
、P
2回
为移相电感电流与原边全桥中点电压U
ab
相位相反时的 电源侧回流功率，P
传
为变换器的传输功率，k为电压调节比，n为变压器变比， L移相电感，f为开关频率，V
b
电池端电压，V
o
输出端电压。
[0034]在S3中，根据S2所求得的传输功率功率表达式(9)，求出变换器在D＝0.5、Φ＝π/2时最大，最本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种部分隔离型三端口变换器部分工作模式下回流功率为零的优化方法，其特征在于，包含以下步骤：S1、分析三端口变换器工作模式，绘制变换器左外部工作模式工作原理波形图；S2、根据左外部工作模式工作原理波形图，建设数学模型求出各时刻电感电流值、回流功率、传输功率；S3、根据S2所求得的传输功率表达式，求出变换器最大传输功率，对回流功率、传输功率进行标幺化；S4、根据S3所求得的传输功率的标幺化数学表达式，在约束条件为{π/2(1
‑
2D)≤Φ≤π/2(0.5≥D≥0)}、{π/2(2D
‑
1)≤Φ≤π/2(1≥D≥0.5)}下做出左外部工作模式传输功率二维特性图；S5、根据S2所求得的电感电流数学表达式建立f(D，Φ)函数，在S4的约束条件以及不同电压调节比k值的约束条件下，作出f(D，Φ)函数的二维特性图，求出满足回流功率为零的D、Φ区域，其中f(D，Φ)＝0时为零回流功率临界点；S6、根据S3所求得的传输功率的标幺化数学表达试，在S4的约束条件和S5中函数f(D，Φ)＝0时的约束条件，以及不同k值条件下作出满足回流功率为零和变换器在左外部工作模式下传输功率二维特性图，求出满足回流功率为零的标幺化传输功率区域；S7、根据S6所作的传输功率二维特性图，将光伏板的最大功率值P
pmax
设定在回流功率为零以及左外部工作模式下传输功率边界范围内；S8、根据S5所求得的回流功率为零的D、Φ区域中，选择一个合适的占空比D
a
，在光伏最大功率V
pmax
条件下由公式D＝V
p
/V
b
，求出输入直流母线电压V
b
；S9、根据S3所求得的传输功率的标幺化数学表达试，以及S8的光伏最大功率P
pmax
、占空比D
a
，求出移相角Φ
a
；S10、根据S9所求得的Φ
a
，判定Φ
a
是否处于S5所求得的回流功率为零的Φ区域中，在此区域内，参数优化理论设计可行，变换器部分工作模式下回流功率理论值为零；左外部工作模式：U
ab
正/负电平的一部分处于U
cd
正/负电平左边外部，且满足{π/2(1
‑
2D)≤Φ≤π/2(0.5≥D≥0)}、{π/2(2D
‑
1)≤Φ≤π/2(1≥D≥0.5)}；式中：D为原边全桥占空比，其中D＝V
p
/V
b
；Φ为原边单相全桥中点电压U
ab
与副边单相全桥中点电压U
cd
之间的移相角。2.根据权利要求1所述的一种部分隔离型三端口变换器部分工作模式下回流功率为零的优化方法，其特征在于：根据S1绘制的左外部工作模式工作原理波形图，计算变换器在PWM+单移相的控制方法下各时刻电感电流值i
L
：令t0＝0，占空比0.5≥D≥0时，得t1＝T
s
/2π(Φ
‑
π/2+πD)，t2＝DT
s
，t3＝1/2T
s
；占空比1≥D≥0.5时，得t1＝T
s
/2π(Φ+π/2
‑
πD)，t2＝(1
‑
D)T
s
，t3＝1/2T
s
，其中T
s
为开关周期；电压调节比k＝V
b
/nV
P
；移相电感电流呈现一种对称性，满足i
L
(t0)＝
‑
i
L
(t3)可得：占空比0.5≥D≥0时：
占空比1≥D≥0.5时：...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓东，刘清茂，刘宿诚，方炜，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：