一种DC-DC变换器并联均流控制策略

技术领域

本发明涉及电气控制技术领域，尤其涉及DC-DC变换器并联电路的控制领域。

背景技术

在电力电子技术中,并联DC-DC变换器系统具有大容量、高效率、高可靠性和低成本的特点。近年来，随着新能源技术的发展，并联DC-DC变换器系统具有高的可靠性、冗余性并且易于模块化和容量扩展，并联DC-DC变换器被广泛应用于各种电气场所。在理想情况下，并联DC-DC变换器系统总的负载电流由各参与并联的模块所均分，由于电源模块中器件的不一致性以及无法避免的生产工艺误差等因素，导致供电系统内参与并联的各个模块参数总会存在差异，这些差异只可以尽量缩小，却不能完全避免。除此之外，随着时间和温度的变化，各个模块的参数也会发生变化，而由外界因素导致的各个模块之间的差别也许要比模块本身原有的差别要大得多。由于参与并联的所有模块不可能完全一样，如果不施加任何方法只是简单地将它们并联起来，则不能保证各个模块能够平均地分担负载电流，因而会导致模块输出电流大小不一样，可能还会有些输出为零。而输出电流的不一致，可能会引起很多问题的出现：一、输出电流的分配不均衡必定会使系统的一部分模块输出电流偏大，那么其所承受的相应的电流应力和电压应力也会比较大。长期承受较大的电压和电流应力的变换器模块则会加快老化和损坏速度，以至于会导致整个系统的稳定性和可靠性降低；二、当系统输出功率较大时，并联系统内各个模块输出电流不一致会导致出力最大的模块达到其所允许的最大输出电流，从而使该模块被烧坏，影响了系统的可靠性；三、在对负载进行切换时，模块的不一致性会加剧各个模块间输出电流分配不平均的现象，很有可能导致整个系统无法正常运行。因此，设计一种均流控制策略在并联DC-DC变换器系统中是很有必要的。

现有的均流控制策略大多是集中控制。然而，对于并联型DC-DC变换器系统，提高系统的鲁棒性至关重要。多模块系统的分布式控制可以提高闭环系统的鲁棒性。在多模块系统中，每一个模块都能达到相同的控制目标。为此，本发明将采用一种新的基于一致性理论的控制策略应用于并联DC-DC变换器策略。

另外，对于传统的并联DC-DC变换器系统，DC-DC变换器信息传输采用物理连接方式连接。本发明将无线技术应用于并联DC-DC变换器系统，以实现无线信息传输，进而实现并联模块的均流。

发明内容

本发明提供一种DC-DC变换器并联均流控制策略，用以解决由DC-DC变换器电路的参数不同引起的电流不均衡的问题以及提高系统的稳定性。

本发明提供了一种DC-DC变换器并联均流控制策略，包括并联至直流母线和负载之间至少两个DC-DC变换器模块，每个所述变换器模块包括DC-DC变换器、电压电流采样模块、用于发送和接收信息的收发器模块、基于一致性理论的均流控制模块和调制波生成模块，其特征在于，还包括：

电压电流采样模块用于采集每个模块的电流值I

收发器模块用于接收邻居模块发送来的电流信号，作为自身模块的参考值；同样地，收发器模块也用于发送自身模块的电流值到相邻两模块的收发器，作为相邻两模块的参考值。

基于一致性理论的均流控制模块根据参考值对自身模块进行控制，通过调节自身模块的占空比来调节电流的大小，最后以实现各模块之间电流的一致；

如上所述的DC-DC变化器并联均流控制策略，优选的是：基于无线技术的并联DC-DC变换器系统采用无线技术，消除了模块之间复杂的物理连线。这将使系统更加灵活。每个转换器具有用于发送和接收信息的收发器模块。无线并联DC-DC变换器的通信系统采用射频技术。

本发明所提供的DC-DC变换器并联均流控制策略，通过在无线通信系统的基础上，每个DC-DC变换器都可以通过邻居通信来共享电流，从而实现均流。

本发明所提供的DC-DC变换器并联均流控制策略，基于无线技术和一致性理论，采用双闭环控制策略，能够有效实现并联系统的电流平衡以及系统的稳定。

附图说明

图1为本发明实施例提供的DC-DC变化器并联均流控制策略步骤流程图；

图2为本发明实施例提供的无线并联DC-DC变换器系统结构示意图；

图3为本发明实施例提供的DC-DC变化器并联控制均流策略结构示意图；

图4为本发明实施例提供的三个DC-DC变换器的通信拓扑结构示意图；

图5为本发明实施例提供的两个移相全桥DC-DC变换器并联的主电路拓扑结构示意图；

图6为本发明实施例提供的两个移相全桥DC-DC变换器并联的仿真均流结果示意图；

图7为本发明实施例提供的两个移相全桥DC-DC变换器并联的两模块输出电流差值的仿真结果示意图；

具体实施内容

图1为本发明实施例提供的DC-DC变化器并联控制策略步骤流程图，经电压采样模块，获取输出电压U

图2为本发明实施例提供的无线并联DC-DC变换器系统结构示意图，本发明实施例所提供的DC-DC变换器并联均流控制策略，包括并联至直流母线和负载之间的n个DC-DC变换器模块以及每个模块上带有的无线收发器，并联以后共同为负载供电。无需采用物理连接方式来实现通讯连接，避免了由于布线通讯所带来的麻烦，提高了控制系统的可靠性和灵活性。

图3为本发明实施例提供的DC-DC变化器并联均流控制策略结构示意图，本发明实施例提供的无线并联DC-DC变换器系统，包括并联至直流母线(20)上的至少两个DC-DC变换器单元(10)，本实施例仅以三个DC-DC变换器模块(10)为例进行说明，其他数量的DC-DC变换器模块(10)采用相同的方式连接。

每个变换器模块(10)包括电压电流采样模块(1)、收发器模块(2)、基于一致性理论均流控制模块(3)、调制波生成模块(4)、PWM生成模块(5)和DC-DC变换器主电路(6)。

其中，电压电流采样模块(1)用于采集每个模块的电流值I

基于一致性理论的均流控制模块(3)产生的一致电流，作为自身模块的参考值经PI控制器产生调制波信号，在通过PWM发生器(5)生成PWM信号驱动主电路(6)中开关管的通断来调节输出电流的大小，最后以实现各模块之间电流的一致。

在上述技术方面的基础上，本发明的DC-DC变换器并联均流控制策略进一步包括：运用一致性理论来解决并联DC-DC变换器的均流问题。

其中，为了实现多个变换器之间的均流，采用了双闭环控制策略。针对电压环，采用PI控制策略产生的输出，作为电流环的参考信号。然后设计了基于一致性理论的PI控制策略对电流环进行控制。

并联DC-DC变换器的控制目标描述如下：

其中N

其中，一致性理论介绍如下：

假设存在n个模块，并且模块数属于有限值N＝[1,...,n]。在不损失一般性的情况下，我们假设模块i的动力学描述为：

其中x表示模块i的状态，u

进一步的，关于图论的介绍如下。图论通常用来描述个体之间的某种关系。下面是一些定义图形和相关数学结构的基本方法。图被定义为G＝(V,E,A)，其中

图4为本发明实施例提供的三个DC-DC变换器的通信拓扑结构示意图，本发明案例将DC-DC变换器及其通信系统建模为无向图，如图4所示为三个变换器的通信拓扑。

其中，假设电流参考信号为

其中α

对于并联DC-DC变换器系统，如果控制器设计为(4)，则可以用实际电压跟踪参考电压，同时实现电流一致性。

如图5所示，本发明实施例提供的两个移相全桥DC-DC变换器并联的主电路示意图。具体参数为：输入电压U

如图6所示，为发明实施例提供的两个移相全桥DC-DC变换器并联的仿真均流结果示意图。可以看出上下模块的输出电流都稳定在60A，总电流为120A，实现了良好的均流效果，验证了所提出的均流控制系统的正确性。

如图7所示，为本发明实施例提供的两个移相全桥DC-DC变换器并联的两模块输出电流差值的仿真结果示意图。可以看出均流稳定后，两个模块的电流差值的绝对值最大值小于1A，在总电流为120A的系统中，可见均流误差小于百分之一，验证了均流策略的正确性及有效性。

本发明实施例中，优选的是一致性理论控制算法、电压电流双闭环控制器以及无线技术的采用。无需采用物理连接方式来实现通讯连接，降低了由于布线所带来的的麻烦，提高了控制系统的可靠性。

本发明实施例所提供DC-DC变换器并联均流控制策略的工作过程如下：首先，每个变换器单元中的电压电流采样模块采集各个模块中的输出电流和输出电压，输出电压经过PI控制器使输出电压趋于稳定，输出电流送给所在模块的收发器；然后，收发器模块进行广播，相邻的两模块收发器接收到电流信号经过一致性理论的均流控制器处理，使每个模块的输出电流与平均电流值做差经过PI控制器产生调制波，最后将调制波和载波一同进入PWM生成器模块，产生PWM信号，在送到主电路里从而实现各个模块电流的一致，即实现并联模块的均流。

由上述分析可知，本发明实施例提供了一种DC-DC变换器并联均流控制策略，该策略可以作为各种并联DC-DC变换器供电或者充电的情况。该DC-DC变换器并联控制系统具有以下优势：

1、通过采用无线技术通讯，使得各个模块之间进行信息传输时，避免了传统物理接线所带来的所有负面影响，提高了系统的稳定性，使整个系统更加灵活。

2、通过采用一致性理论控制算法，这是一种分布式控制策略，代替了现有大多数的集中控制策略，例如主从均流法、最大电流法等集中控制策略。可以进一步的提高系统的鲁棒性。

本发明实施例所提供的DC-DC变换器并联均流控制策略，通过在传统的有线集中控制策略的基础上进行改进，增加了无线技术和分布式控制思想，可以避免由于布线所带来的一些负面影响，也可以避免由集中式控制所带来的一些的问题。例如，主从均流法中一旦主模块发生故障，则整个系统不能正常工作。可以极大程度的提高系统的可靠性，抑制环流、实现均流，克服以前那些控制方案的缺点。

上述实施例仅用于以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换并不使相应的技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。