一种用于双有源桥的变压器偏磁电流抑制方法及装置

技术领域

本发明涉及DC/DC双向变换器技术领域，尤其涉及一种用于双有源桥的变压器偏磁电流抑制方法及装置。

背景技术

以光伏发电为代表的新能源发电系统中，直流配电模式具有减少电网接入成本、系统损耗以及提高供电质量等优点，成为当前研究热点。直流变换器是直流配电网中的关键组件之一，它需要具备电气隔离、易于控制、工作高效、适用于大功率场合等特性。双有源桥变换器因具有输入输出隔离、高功率密度、软开关、功率双向流动等优点非常适用于直流配电系统。

双有源桥的拓扑如图1所示，双有源桥在传输功率变化时，电感电流与变压器偏磁电流产生瞬态直流偏置。直流偏置一方面导致流过开关器件的峰值电流增大，开关损耗增加，减短其使用寿命。另一方面导致磁心出现磁饱和甚至烧毁。因此，直流偏置的抑制对于双有源桥变换器的稳定运行非常关键。而在直流配电网中双有源桥两端接入的可以是无源电网或有源电网，多种工作模式的需求给双有源桥的直流偏置抑制提出了更高的要求。

现有技术中抑制直流偏置最简单的方法是在变压器原副边绕组串联电容，但是会增加变换器的体积、减缓系统动态响应。

发明内容

技术目的：针对现有技术中的缺陷，本发明公开了一种用于双有源桥的变压器偏磁电流抑制方法及装置，通过对开关管关断角取值的不同组合得到瞬态周期的移相角给定值作为生成调制波的方式，从而实现抑制电感电流和变压器偏磁电流的直流偏置。

技术方案：为实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案。

一种用于双有源桥的变压器偏磁电流抑制方法，通过H逆变桥中第一逆变开关管S

优选地，所述关断角组合采用开环控制，根据关断角组合调整调制波内方波脉冲之间的角度关系，抑制变压器偏磁电流。

优选地，所述关断角组合包括关断角组合一，关断角组合一为：

设定H逆变桥中第一逆变开关管S

优选地，所述关断角组合包括关断角组合二，关断角组合二为：

设定H逆变桥中第一逆变开关管S

一种用于双有源桥的变压器偏磁电流抑制装置，用于实现以上任一所述的一种用于双有源桥的变压器偏磁电流抑制方法，包括输入侧电容C

所述输入侧电容C

优选地，所述H逆变桥包括第一逆变开关管S

优选地，所述H整流桥包含第一整流开关管S

有益效果：本发明通过对开关管关断角取值的不同组合得到瞬态周期的移相角给定值作为生成调制波的方式，从而实现抑制电感电流和变压器偏磁电流的直流偏置，同时本发明可减小对开关器件的冲击以及减少变压器。

附图说明

图1为本发明的电路示意图；

图2为本发明关断角组合一的示意图；

图3为在关断角组合一状态下双有源桥的工作波形示意图；

图4为本发明关断角组合二的示意图；

图5为实施例一的控制移相角瞬变一次侧电感L′

图6为图5的局部波形放大图；

图7为实施例一的控制移相角瞬变偏磁电流波形图；

图8为图7的局部波形放大图；

图9为本发明实施例二中系统控制框图；

图10为实施例二中本发明提出的控制下负载电阻突然减小一倍时双有源桥的一次侧电感L′

图11为实施例二中本发明提出的控制下负载电阻突然减小一倍时双有源桥的偏磁电流波形图；

图12为实施例二中本发明提出的控制下负载电阻突然减小一倍时双有源桥的输出电压波形图；

图13为实施例二中本发明提出的控制下负载电阻突然增大一倍时双有源桥的一次侧电感L′

图14为实施例二中本发明提出的控制下负载电阻突然增大一倍时双有源桥的偏磁电流波形图；

图15为实施例二中本发明提出的控制下负载电阻突然增大一倍时双有源桥的输出电压波形图；

图16为本发明的变压器二次侧等效电路图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的一种用于双有源桥的变压器偏磁电流抑制方法及装置做进一步的说明和解释。

一种用于双有源桥的变压器偏磁电流抑制方法，通过H逆变桥中第一逆变开关管S

当DAB(Dual Active Bridge，双有源桥)处于稳态运行时，调制波在脉冲上升沿或下降沿的各个点更新的移相角相等，如

在本发明中，关断角组合采用开环控制，根据关断角组合调整调制波内方波脉冲之间的角度关系，抑制变压器偏磁电流。

关断角组合包括关断角组合一，关断角组合一为：

如附图2所示，设定H逆变桥中第一逆变开关管S

其中，θ

关断角组合包括关断角组合二，关断角组合二为：

设定H逆变桥中第一逆变开关管S

公式如下：

如附图4所示，附图2给出了各开关管关断角取值为式(1)时变换器的工作波形。

一种用于双有源桥的变压器偏磁电流抑制装置，用于实现以上任一所述的一种用于双有源桥的变压器偏磁电流抑制方法，包括输入侧电容C

所述输入侧电容C

所述H逆变桥包括第一逆变开关管S

所述H整流桥包含第一整流开关管S

实施例一：开环仿真

在Matlab\Simulink中搭建双有源桥变换器电路模型，其中电路模型如附图1和附图2所示。

开环仿真验证时，副边输出侧连接值为270V的直流电压源，即V2＝270V；设定移相角由π/10阶变为π/3，如附图5-8所示，附图5和附图7分别给出了电感电流i

实施例二：闭环仿真

在Matlab\Simulink中搭建双有源桥变换器电路模型，其中电路模型如附图1和附图2所示。

在闭环仿真实验中，通过电压闭环反馈生成，控制框图如附图9所示。采样输出电压V

在仿真时间5ms处改变负载电阻大小，附图10至附图12为负载电阻减小一倍时本发明提出的控制下双有源桥变换器工作波形，附图13至附图15为负载电阻增大一倍时本发明提出的控制下双有源桥变换器工作波形。附图10至附图15中提到的电感均为一次侧电感L′

附图10至附图12中使用的本发明提出的控制原理如附图4所示。电感电流i

附图13至附图15中负载电阻增加一倍的情况与附图10至附图12负载电阻减少一倍的情况类似，使用本发明提出的控制减少了电流直流偏置与输出电压跌落及其恢复时间。

从开环与闭环仿真结果分析，当双有源桥变换器传输功率发生变化时，利用本文所提出的控制方法能够有效减小电感电流与变压器偏磁电流的直流偏置和稳态恢复时间，保证变换器稳定、安全运行。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。