基于虚拟频率的双向交直流变换器控制方法

技术领域

本发明涉及交直流微电网领域，具体是基于虚拟频率的双向交直流变换器控制方法。

背景技术

随着电力电子技术和分布式电源的快速发展，直流型分布式电源和负荷占比逐步提升，直流微电网与交流微电网结合形成的交直流混合微电网，不仅可以对原有的交流电网提供支撑，还可以减少直流原件接入交流系统产生的损耗，提高了系统的稳定性和经济型。作为连接交直流微网的关键设备，双向AC/DC变换器承载着控制能量在直流母线和交流电网之间传递的任务，对维持电网稳定运行起到了关键作用。其中，基于DAB结构的双向交直流变换器因其具有能量双向流动、模块化程度高、软开关实现简单、动态响应速度快等优点成为高频隔离变换器的关键模块。

针对双向AC/DC变换器的控制策略中，传统移相调制是最常见的控制方式，三重移相控制策略因其具有三个自由度被广泛应用，该方案存在三个缺点：变换器采用多级控制策略，导致结构复杂、造价昂贵、控制环节难以设计，增大了系统的模块数量与设计难度；相移控制的优化算法会导致系统输出功率与控制参数呈现非线性关系，增加控制的复杂程度，使得变换器的扩展不灵活；稳压电容体积较大且通常使用电解电容，增加了变换器的故障率的同时也增大了变换器体积。

发明内容

本发明为了解决传统交直流变换器多级控制，输出功率与控制参数非线性，硬件体积大，系统设计复杂的技术问题，针对现有技术缺陷，设计了基于虚拟频率的双向交直流变换器控制方法。

本发明是基于如下技术方案实现的：一种基于虚拟频率的双向交直流变换器控制方法，所述双向交直流变换器拓扑结构由DAB和有源全桥逆变桥SI构成，DAB包括逆变全桥H

将虚拟频率控制与电压电流双闭环控制结合，使得传输功率与控制变量线性化；具体如下：

电压控制模块中，双向交直流变换器的交流侧母线电压u

式中f

相移计算式2为

基于三重移相调制原理建立双向隔离型AC/DC变换器等效模型，计算得到功率与控制变量D

进一步的，本发明还包括同步逆变桥控制方案；为增大变换器功率密度，省略大容量稳压电解电容，该方案通过调节开关管驱动信号使得全桥逆变器工作在同步状态：开关管Q1、Q2、Q3、Q4构成有源全桥逆变桥SI，开关管Q1的源极与开关管Q2的漏极连接构成第一桥臂，所述开关管Q3的源极与开关管Q4的漏极连接构成第二桥臂，双向AC/DC变换器中稳定工作时，当功率正向传输，整流全桥H

本发明所提供的上述一种基于虚拟频率的双向交直流变换器控制方法，与现有技术相比，所具有的优点与积极效果在于：(1)相较于传统双向隔离型AC/DC变换器优化控制策略，本发明省去输出侧电解电容，改为一个较小的的高频滤波电容(如C

附图说明

图1是本发明所涉及拓扑图基于虚拟频率的双向交直流变换器结构图；

图2是本发明所涉及隔离型双向AC/DC变换器虚拟频率控制框图；

图3是本发明所涉及双向AC/DC变换器功率正向传递波形图；

图4是本发明所涉及双向AC/DC变换器功率反向传递波形图；

图5是本发明所涉及相移量D

图1中：单相隔离型双向AC/DC变换器由DAB和同步逆变器构成。DAB包括逆变全桥H

图2中：w

图3中：v

图5中：相移量D

具体实施方式

推到控制模型，建立变换器等效模型的基础上，通过数学推导提出在双向AC/DC变换器电压电流环控制中引入虚拟频率控制的方法。

双向AC/DC变换器由DAB和全桥逆变器SI组成，DAB和全桥逆变器SI通过高频滤波电容相连。基于虚拟频率控制的方法，使传输功率与控制变量D

本发明基于虚拟频率的双向交直流变换器控制方法，其所述方法具体展开如下：

控制方法包括基于虚拟频率的电压电流双闭环控制、同步逆变桥控制。

(1)基于虚拟频率的电压电流双闭环控制

基于三重移相调制原理建立双向隔离型AC/DC变换器等效模型，计算得到功率与控制变量D

相移计算式1为

相移计算式2为

交流侧母线电压u

(2)同步逆变桥控制方案

为增大变换器功率密度，省略大容量稳压电解电容，调节开关管驱动信号使得全桥逆变器工作在同步状态。开关管Q1，Q2，Q3，Q4构成全桥式逆变器SI，开关管Q1的源极与开关管Q2的漏极连接构成第一桥臂,所述开关管Q3的源极与开关管Q4的漏极连接构成第二桥臂，双向AC/DC变换器中稳定工作时，当功率正向传输，整流全桥H