【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电力电子直流变换器，具体涉及应用于双有源桥变换器的高自由度调制策略及优化方法。
技术介绍
1、随着分布式可再生能源(如太阳能、风能等)的快速发展和电动汽车用户数量的日益增长，电力系统对高效、可靠的电能变换设备的需求日益迫切。在这一背景下，直流变换器作为电能变换的核心设备，承担着将不同电压等级的直流电能进行转换的重要任务，其性能直接影响到整个电力系统的效率和稳定性，因此成为当前研究的热点与难点。
2、在众多直流变换器中，双有源桥(dual active bridge,dab)变换器凭借其独特的优势脱颖而出，成为直流电能变换装备研究的焦点。dab变换器具有结构对称、能量双向流动、电气隔离以及功率密度高等显著特点，这些特点使其能够适应复杂多变的电力环境，满足可再生能源发电、电动汽车充电以及智能电网等领域的多样化需求。
3、dab变换器的基本结构由两个h桥电路组成，这两个h桥电路通过高频变压器及功率电感相连，共同构成了能量双向流动的结构，这种结构使得dab变换器不仅能够在正向传输电能时保持高效率，还能在反向传输电能时同样表现出色，从而大大提升了其应用的灵活性和适应性。
4、然而，尽管dab变换器具有诸多优势，但其在实际应用中仍面临一些技术挑战，如何进一步提高变换效率、如何优化控制策略以实现更稳定的电能传输等。因此，针对dab变换器的研究仍在不断深入，以期在保持其优势的基础上，进一步提升其性能和可靠性，以满足未来电力系统对高效、可靠电能变换设备的需求。
技术实现
1、本专利技术的目的是提供应用于双有源桥变换器的高自由度调制策略及优化方法，能够提升双有源桥变换器的变换效率和稳定性。
2、本专利技术所采用的技术方案是，应用于双有源桥变换器的高自由度调制策略及优化方法，具体按照以下步骤实施：
3、步骤1，基于dab变换器中开关的导通顺序及时长确定dab变换器的工作模式；
4、步骤2，求解各工作模式的稳态特征；
5、步骤3，以电感电流峰值最小为优化目标，利用粒子群算法求出各工作模式下的最小峰值电流；
6、步骤4，将步骤3求得的最优移相值输入到数字信号处理器中。
7、本专利技术技术方案的特点还在于：
8、步骤1中的dab变换器包含两个全桥电路，这两个全桥电路通过高频变压器及功率电感相连，定义含有电感的全桥为原边桥，无电感的全桥为副边桥，并通过六个自由度参数描述开关的导通顺序及时长。
9、步骤1具体按照以下步骤实施：
10、步骤1，在双有源桥变换器存在两个全桥中间由隔离变压器将两个全桥隔离开，定义含有电感的全桥为原边桥，无电感的全桥为副边桥，六个自由度参数满足以下约束：
11、
12、其中，d1为s2和s4的导通时间，d2为s1和s4之间的移相时间，d3为s6和s8的导通时间，d4为s5和s8之间的移相时间，d5为s1和s5之间的移相时间，d6为s2的导通时间；
13、步骤1.2，dab变换器的操作模式根据vab和vcd的相对位置进行划分，利用插空法划分为10个模态。
14、步骤2中，求解各工作模式的稳态特征，通过分段线性时域法分析各模式下的电感电流il(t)，并基于电感电流的变化推导出各模式下的传输功率和电流应力。
15、步骤2具体按照以下步骤实施：
16、步骤2.1，将采用分段线性时域法求解，通过6自由度调制方案，电感电流il(t)可表示为：
17、
18、其中，v1为原边直流侧电压，v2为副边直流侧电压，vcb为隔直电容上的电压，n为变压器变比，t0-t8为电感电流节点时刻；
19、从式(2)可以看出，频率、自由度和时间之间存在以下关系：
20、
21、式中，fs为开关频率；
22、步骤2.2，为了提升装置效率，需要一个更直接的优化目标。在这种模式下，电流从t0上升到t4，从t4下降到t8，因此电流的最大值出现在t4时刻，电流的最小值出现在t0时刻，因此，电感峰峰值电流可以得到如下：
23、
24、步骤2.3，从上式可以看出，电感峰值电流ip-p的表达式相对简单，以看作是相同输出功率下均方根电流的符号，平均输出功率计算如下：
25、
26、步骤2.4，重复上述步骤2.1-2.3即可得到有效的各工作模式的传输功率结果和电流应力结果。
27、步骤3中，以电感电流峰值最小为优化目标，利用粒子群算法对六个自由度参数进行优化，以求解出各工作模式下的最小峰值电流。
28、步骤3中的粒子群算法中的每个粒子代表一个潜在的最优解，其位置由六个自由度参数的组合决定，通过迭代更新粒子的位置和速度来搜索最优解；粒子群算法的个体学习因子c1和群体学习因子c2根据实际工况设定，惯性权重ω取0.5-1，r1和r2为随机生成的0-1之间的数字；粒子群算法的输出结果为最优移相值，最优移相值用于控制dab变换器，实现传输功率和电流应力的优化。
29、步骤3具体按照以下步骤实施：
30、步骤3.1，每个单独的粒子代表一个潜在的最优解，涉及两个特征索引：位置x和速度v：
31、
32、步骤3.2，初始化一组粒子，包括随机位置和速度，然后执行以下迭代：
33、
34、式中，m为迭代指数，ω为惯性权重，c1为个体学习因子，c2为群体学习因子，r1和r2为随机生成的数字，n为粒子的初始数定义，xi和vi分别为第i个粒子的位置和速度，pxbest为个体历史最优位置，gxbest为群体历史最优位置；
35、步骤3.3，如果达到最大迭代次数，退出循环或继续；
36、步骤3.4，求解每个粒子的峰峰电感电流值；
37、步骤3.5，通过比较单个粒子的当前和历史适应度值，将较好的一个作为当前的pxbest，同样，通过比较群的当前适应度值和历史适应度值，将较好的值作为当前的gxbest；
38、步骤3.6，根据式(7)调整粒子速度和位置，直到求解出最优电流应力，进而得到最优移相值
39、本专利技术的有益效果是：
40、1)电感电流有效值显著降低：本专利技术通过创新的电路设计与调制策略，有效减小了电感电流的有效值，不仅降低了系统的热损耗，还提升了整体电路的能效表现，为设备的长期稳定运行提供了更为可靠的基础。
41、2)软开关范围大幅拓宽：本专利技术通过优化开关时序和电路参数，显著拓宽了dab变换器的软开关工作范围，变换器能在更广泛的工况下实现零电压开关(zvs)或零电流开关(zcs)，从而大幅度减少了开关过程中的能量损耗和电磁干扰，提高了系统的稳定性和效率。
42、3)导通损耗及开关损耗的双重降低：本专利技术的dab变换器在导通状态和开关切换过程中的能量损失均得到有效控制，这种双重降本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.应用于双有源桥变换器的高自由度调制策略及优化方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
2.根据权利要求1所述的应用于双有源桥变换器的高自由度调制策略及优化方法，其特征在于，所述步骤1中的DAB变换器包含两个全桥电路，这两个全桥电路通过高频变压器及功率电感相连，定义含有电感的全桥为原边桥，无电感的全桥为副边桥，并通过六个自由度参数描述开关的导通顺序及时长。
3.根据权利要求2所述的应用于双有源桥变换器的高自由度调制策略及优化方法，其特征在于，所述步骤1具体按照以下步骤实施：
4.根据权利要求1所述的应用于双有源桥变换器的高自由度调制策略及优化方法，其特征在于，所述步骤2中，求解各工作模式的稳态特征，通过分段线性时域法分析各模式下的电感电流iL(t)，并基于电感电流的变化推导出各模式下的传输功率和电流应力。
5.根据权利要求4所述的应用于双有源桥变换器的高自由度调制策略及优化方法，其特征在于，所述步骤2具体按照以下步骤实施：
6.根据权利要求1所述的应用于双有源桥变换器的高自由度调制策略及优化方法，其特征在于，所述步骤3
7.根据权利要求6所述的应用于双有源桥变换器的高自由度调制策略及优化方法，其特征在于，所述步骤3中的粒子群算法中的每个粒子代表一个潜在的最优解，其位置由六个自由度参数的组合决定，通过迭代更新粒子的位置和速度来搜索最优解；粒子群算法的个体学习因子c1和群体学习因子c2根据实际工况设定，惯性权重ω取0.5-1，r1和r2为随机生成的0-1之间的数字；粒子群算法的输出结果为最优移相值，最优移相值用于控制DAB变换器，实现传输功率和电流应力的优化。
8.根据权利要求6所述的应用于双有源桥变换器的高自由度调制策略及优化方法，其特征在于，所述步骤3具体按照以下步骤实施：
...【技术特征摘要】
1.应用于双有源桥变换器的高自由度调制策略及优化方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
2.根据权利要求1所述的应用于双有源桥变换器的高自由度调制策略及优化方法，其特征在于，所述步骤1中的dab变换器包含两个全桥电路，这两个全桥电路通过高频变压器及功率电感相连，定义含有电感的全桥为原边桥，无电感的全桥为副边桥，并通过六个自由度参数描述开关的导通顺序及时长。
3.根据权利要求2所述的应用于双有源桥变换器的高自由度调制策略及优化方法，其特征在于，所述步骤1具体按照以下步骤实施：
4.根据权利要求1所述的应用于双有源桥变换器的高自由度调制策略及优化方法，其特征在于，所述步骤2中，求解各工作模式的稳态特征，通过分段线性时域法分析各模式下的电感电流il(t)，并基于电感电流的变化推导出各模式下的传输功率和电流应力。
5.根据权利要求4所述的应用于双有源桥变换器的高自由度调制策略及优化方法，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：李宁，杨家林，洪涵卓，丁乐，任壮志，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：
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