基于雙有源雙橋變換器的雙向DC/DC接口技術(shù)的研究

李佳佳 樊曉虹 張臣臣 王吉祥 萬思鵬

摘?要：隨著微電網(wǎng)的快速發(fā)展和大量接入，能量路由器應(yīng)運(yùn)而生。本文主要研究基于雙有源雙橋（Dual-active-bridge，DAB）變換器的能量路由器控制策略。通過MATLAB平臺(tái)搭建仿真模型，仿真結(jié)果表明，該控制方法可實(shí)現(xiàn)在并網(wǎng)/孤島模式下保持直流母線電壓恒定。

關(guān)鍵詞：微電網(wǎng);雙有源雙橋變換器;解耦控制

1 緒論

隨著新能源發(fā)電的快速發(fā)展，傳統(tǒng)電網(wǎng)的架構(gòu)已經(jīng)無法滿足多種能源同時(shí)接入的要求，能源互聯(lián)的概念應(yīng)運(yùn)而生。[1]能量路由器作為能量互聯(lián)系統(tǒng)的核心裝置，對(duì)于可再生能源的高效消納和大電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行非常重要。能量路由器能夠?yàn)楦鞣N類型的新能源、負(fù)載甚至大電網(wǎng)提供靈活并且標(biāo)準(zhǔn)化的電力電子接口。[1]本文提出了一種基于DAB變換器的雙向DC/DC變換器控制策略，并在MATLAB/Simulink對(duì)其仿真驗(yàn)證。

2DAB控制策略

文獻(xiàn)[2]已對(duì)能量路由器的工作原理進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文不再贅述。如圖1所示為是采用PI控制器的單個(gè)DAB子模塊的穩(wěn)壓控制框圖。

其中：

Uoref——輸出電壓參考值;

Ig——輸出電流;

Kup——比例環(huán)節(jié);

Uo——輸出電壓。

為了解決單個(gè)DAB模塊的開關(guān)管不能承受高電壓的問題，本文采用n個(gè)DAB子模塊輸入串聯(lián)輸出并聯(lián)（input-series and output-parallel，ISOP）組合的形式。[3]本文推導(dǎo)出控制量與被控制量之間的傳遞函數(shù)如下式：

GDsiusi（s）=usiΛDsi

DΛ=0DΛsj=0（i≠j）

=ThsntUo（1-2D）SCsL=A（s）

GDsjusi（s）=usiΛDsjΛ

DΛ=0DΛsi=0（i≠j）

=0

GDusi（s）=usiΛDsiΛDΛsi=0=0

GDsiuo（s）=usiΛDsi

DΛ=0=0

GDuo（s）=uoΛDsiΛ

DΛsi=0

=ThsntUin（1-2D）L（sCp+1/RL）=B（s）（1）

其中：

D——輸出電壓環(huán)路產(chǎn)生的移相比;

Dsi——輸入環(huán)路產(chǎn)生移相比;

usi——輸入電壓;

uo——輸入電壓;

D︿——移相修正比;

usi︿——修正輸入電壓值;

uo︿ ——修正輸出電壓值。

由式（1）可得如圖2所示的解耦控制框圖：

3 仿真驗(yàn)證

在MATLAB中對(duì)本文所提出的DC-DC解耦控制策略進(jìn)行仿真，圖3為加入穩(wěn)壓控制之后輸出電壓環(huán)路的Bode圖。圖4為均壓控制后的電壓波形。

從圖3可知，補(bǔ)償后低頻區(qū)增益與穿越頻率都得到了改善，幅值裕度無窮大，相位裕度較大，系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性與快速性。

由圖4可知，在負(fù)載突然發(fā)生變化時(shí)電壓僅會(huì)產(chǎn)生微小的波動(dòng)，并且可迅速恢復(fù)穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)：

[1]安笑蕊.電能路由器的研究與應(yīng)用[D].天津大學(xué)，2014.

[2]徐夢(mèng)超，邰能靈，黃文燾，等.基于社區(qū)能源網(wǎng)的電能路由器設(shè)計(jì)[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2016，44（23）：177-183.

[3]孫賀.直流微網(wǎng)雙向DC/DC接口技術(shù)的研究[D].華北電力大學(xué)，2018.