一种适用于直流变压器的逆死区直接功率控制系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种直流变压器的逆死区直接功率控制方法及系统，包括：根据直流变压器拓扑与运行特性，得到直流变压器在考虑死区影响情况下的传输功率表达式；将实际所需功率与实际测量功率之差进行PI控制，得到功率指令标幺值P2；判断电压变比d的范围；判断功率指令标幺值P2的范围；根据不同电压变比d、功率指令标幺值P2及死区时间T，计算得到对应情况下的外移相比d0值；将外移相比d0值发送到PWM脉冲控制程序，计算得到新的PWM脉冲控制指令。本发明专利技术能够有效对死区效应分工况进行控制，进而实现死区补偿，降低开关器件死区效应的影响。同时能够有效提升开环控制精度，大大提升直流变压器的动态响应速度。器的动态响应速度。器的动态响应速度。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于直流变压器的逆死区直接功率控制系统和方法


[0001]本专利技术涉及移相全桥DC/DC组合构成的ISOP(输入串联输出并联)型直流变压器，属于配电网
更具体地，涉及一种直流变压器的逆死区直接功率控制系统和方法。

技术介绍

[0002]在众多直流变换器中，移相全桥DC/DC组合构成的ISOP型直流变压器作为发展较为成熟的直流变换装置，在直流配电网的应用中体现了巨大的技术优势。目前直流变压器的研究主要集中在移相全桥的基本控制方法、开关器件、高频变压器参数优化设计等方面。
[0003]ISOP型直流变压器以DAB变换器(双有源桥变换器)为基本组成单元，DAB变换器由两个全桥变换器和一个中频变压器组成，中频变压器主要用于电磁隔离。随着更高的基波频率的使用，此类DC
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DC变换器的尺寸和重量将被大大降低，并且不影响效率。通过移相全桥内、外移相角的控制实现功率的流动，可以实现软开关从而降低损耗。此外ISOP结构更容易实现由高电压到低电压的电压变换，适合直流配电网的应用。
[0004]双有源全桥双移相DC/DC变换器(DAB)是直流变压器的基本单元，其控制方式为移相控制。移相控制利用高频变压器漏感制造全桥两端的电压差以此进行能量的传递，通过控制变换器两侧全桥开关器件的触发顺序，在原副边产生具有相位差的高频方波脉冲信号，通过对移相角的调节改变漏感上的电压从而控制功率传输的大小和方向。
[0005]移相控制型DAB变换器有多种移相控制方式，包括外移相控制、单边脉宽调制、双边脉宽调制方法、以及谐振型移相控制方法。
[0006]其中，移相控制型DAB变换器的开关周期内，原边全桥开关电路的一个桥臂中上下管互补导通，并且存在一个互补导通死区时间。原边全桥开关电路和副边全桥开关电路输出的交流方波之间存在一个移相角，该移相角称为DAB变换器的外移相角。当原边两个上桥臂的开关管导通之间存在一个移相角，则该移相角称为原边全桥开关电路的内移相角。副边全桥开关电路也可设置副边全桥开关电路的内移相角。
[0007]外移相控制方法通过调节DAB变换器两侧全桥输出交流方波之间的外移相角，调节改变漏感上的电压从而控制功率传输的大小和方向。单边脉宽调制方法，是在外移相控制方法的基础上，在原边全桥开关电路中增加了内移相角控制，增加了控制的维度。区别于单边脉宽调制方法，双边脉宽调制分别控制外移相角、原边内移相角和副边内移相角三个变量。谐振型移相控制利用由高频变压器漏感和电容组成的串联谐振单元造成全桥两端的电压差以此进行能量的传递。
[0008]现有的直流变压器，其通用功率控制方法为闭环PI控制：利用功率指令与实际测量功率之差进行PI控制，实现实际功率对功率指令的跟随，从而实现直接功率控制。
[0009]直流变压器中的IGBT开关频率较高，死区时间的存在会导致输出功率与移相角关系畸变，导致直流变压器功率传输特性变差，国内厂家一般进行闭环PI控制，这必然会影响到功率控制精度和响应速度。
[0010]随着开关器件的发展，开关频率有了很大的提升。而同时也会由于开关频率的增
加，带来越来越大的死区效应。对死区效应分工况进行全面研究，进而实现死区补偿，对于降低开关器件死区效应的影响，实现准确快速的直接功率控制具有重要意义。

技术实现思路

[0011]鉴于以上技术缺陷，本专利技术的目的是提供一种适用于采用外移相控制方法的直流变压器的逆死区直接功率控制方法，能够有效消除死区时间会对DAB变换器输出功率控制的影响。
[0012]本专利技术的目的之一是通过这样的技术方案实现的，一种适用于直流变压器的逆死区直接功率控制方法，该直流变压器由双有源全桥双移相DC/DC变换器构成，双有源全桥双移相DC/DC变换器包括原边有源全桥开关电路、中间变压器以及副边有源全桥开关电路，原边有源全桥开关电路的输入接直流变压器的输入，原边有源全桥开关电路的输出接中间变压器的原边绕组，中间变压器的副边绕组接副边有源全桥开关电路的输入，副边有源全桥开关电路的输出接直流变压器的输出，并且直流变压器还包括控制器，控制器根据采用外移相控制调制方法对直流变压器进行直接功率控制，其特征在于：
[0013]该控制方法包括：
[0014]将所需功率指令与实际测量功率之差进行PI控制，得到功率控制指令标幺值P2；
[0015]根据中间变压器的匝数比、直流变压器的输入电压、直流变压器的输出电压、功率指令标幺值P2、直流变压器的原副边有源全桥开关电路的死区时间Td、以及直流变压器在考虑死区时间Td影响情况下的对应的传输功率表达式，计算得到对应情况下的直流变压器的外移相比d0值；
[0016]根据外移相角计算单元计算得到的外移相比d0，输出PMW控制信号以控制直流变压器。
[0017]本专利技术的另一个目的是通过这样的技术方案实现的，一种适用于直流变压器的逆死区直接功率控制系统，该直流变压器由双有源全桥双移相DC/DC变换器构成，双有源全桥双移相DC/DC变换器包括原边有源全桥开关电路、中间变压器以及副边有源全桥开关电路，原边有源全桥开关电路的输入接直流变压器的输入，原边有源全桥开关电路的输出接中间变压器的原边绕组，中间变压器的副边绕组接副边有源全桥开关电路的输入，副边有源全桥开关电路的输出接直流变压器的输出，并且直流变压器还包括控制器，控制器根据采用外移相控制调制方法对直流变压器进行直接功率控制，其特征在于：
[0018]该控制器包括：
[0019]误差计算单元，其将所需功率指令与实际测量功率之差进行PI控制，得到功率控制指令标幺值P2；
[0020]外移相角计算单元，其根据中间变压器的匝数比、直流变压器的输入电压、直流变压器的输出电压、功率指令标幺值P2、直流变压器的原副边有源全桥开关电路的死区时间Td、以及直流变压器在考虑死区时间Td影响情况下的对应的传输功率表达式，计算得到对应情况下的直流变压器的外移相比d0值；
[0021]PWM控制单元，与外移相角计算单元连接，根据外移相角计算单元计算得到的外移相比d0，输出PMW控制信号以控制直流变压器。
[0022]由于采用了上述技术方案，本专利技术具有如下的优点：
[0023](1)本专利技术提出的一种适用于直流变压器的逆死区直接功率控制方法，能够有效对死区效应分工况进行控制，进而实现死区补偿，降低开关器件死区效应的影响。
[0024](2)本专利技术设计的直流变压器的逆死区直接功率控制方法，能够有效提升开环控制精度，大大提升直流变压器的动态响应速度。
[0025]本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。
附图说明
[0026]本专利技术的附图说明如下：
[0027]图1为ISOP型直流变压器典型拓扑结构图；
[0028]图2为DAB变换器拓扑结构图；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于直流变压器的逆死区直接功率控制系统，该直流变压器由双有源全桥双移相DC/DC变换器构成，双有源全桥双移相DC/DC变换器包括原边有源全桥开关电路、中间变压器以及副边有源全桥开关电路，原边有源全桥开关电路的输入接直流变压器的输入，原边有源全桥开关电路的输出接中间变压器的原边绕组，中间变压器的副边绕组接副边有源全桥开关电路的输入，副边有源全桥开关电路的输出接直流变压器的输出，并且直流变压器还包括控制器，控制器根据采用外移相控制调制方法对直流变压器进行直接功率控制，其特征在于：该控制器包括：误差计算单元，其将所需功率指令与实际测量功率之差进行PI控制，得到功率控制指令标幺值P2；外移相角计算单元，其根据中间变压器的匝数比、直流变压器的输入电压、直流变压器的输出电压、功率指令标幺值P2、直流变压器的原副边有源全桥开关电路的死区时间Td、以及直流变压器在考虑死区时间Td影响情况下的对应的传输功率表达式，计算得到对应情况下的直流变压器的外移相比d0值；PWM控制单元，与外移相角计算单元连接，根据外移相角计算单元计算得到的外移相比d0，输出PMW控制信号以控制直流变压器。2.根据权利要求1的控制系统，其特征在于：外移相角计算单元首先根据中间变压器的匝数比、直流变压器的输入电压、直流变压器的输出电压判断直流变压器的电压变比d的范围，然后根据功率控制指令标幺值P2判断外移相比d0值的范围，根据电压变比d的范围和外移相比d0值的范围确定直流变压器在考虑死区时间Td影响情况下的对应的传输功率表达式，然后通过对应的传输功率表达式进行数学解析，计算有效解，从而得到确定的外移相比d0值。3.根据权利要求1的控制系统，其特征在于：其中，直流变压器在考虑死区时间Td影响情况下的对应的传输功率表达式为：
其中，M为死区时间Td在半个开关周期中的占比；d为直流变压器的电压变比，d＝n*Udc2/Udc1，n为中间变压器的原边绕组与副边绕组之间的匝数比，Udc2为直流变压器的输出侧电压，Udc1为直流变压器的输入侧电压；外移相比d0为双有源全桥双移相DC/DC变换器中的原边有源全桥开关电路与副边有源全桥开关电路的开关控制脉冲之间存在的外移相角与π的比值。4.根据权利要求1的控制系统，其特征在于：控制器还具有功率表达式曲线拟合单元，外移相角计算单元与功率表达式曲线拟合单元相连接，功率表达式曲线拟合单元通过对外移相角计算单元得到的对应的传输功率表达式进行曲线拟合，得到修正的传输功率表达式，外移相角计算单元根据中间变压器的匝数比、直流变压器的输入电压、直流变压器的输出电压、功率指令标幺值P2、直流变压器的原副边有源全桥开关电路的死区时间Td、以及修正的传输功率表达式，计算得到直流变压器的外移相比d0值。5.根据权利要求1的控制系统，其特征在于：当所需功率指令的微小变化导致外移相角计算单元计算得到的外移相比d0值发生跳变时，所述功率表达式曲线拟合单元对对应的传输功率表达式进行曲线拟合，得到修正的传输功率表达式，然后外移相角计算单元根据修正的传输功率表达式计算得到对应情况下的直流变压器的外移相比d0值，从而防止外移相比d0值的跳变。6.根据权利要求1的控制系统，其特征在于：直流变压器由多个双有源全桥双移相DC/DC变换器构成，其中多个双有源全桥双移相DC/DC变换器的输入端串联连接至直流变压器的...

【专利技术属性】
技术研发人员：周俊，王一，李思，梅红明，刘树，王皆庆，
申请(专利权)人：北京四方继保工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：