应用于低压直流配电系统的双有源桥变换器控制技术研究

摘要

随着新能源、电力电子、智能电网等技术的发展，直流配电网以其优越的供电质量和新能源接口性能，获得了广泛关注。其中双有源桥变换器以其高效、主动、双向的潮流控制能力，被公认为是最适合直流配网核心设备—隔离型直流变换器的选择方案。然而目前其可靠性和运行控制方法尚不能满足高性能直流配电网的要求。如移相控制型双有源桥存在启动电流冲击和直流偏磁等问题;串联谐振型双有源桥由于其开环运行方式，存在可靠性和容错运行能力较低等问题。为了克服以上难题，本文在如下三个方面分别展开研究。
　　针对直流配网中双有源桥接口变换器启动电流冲击问题，本文提出了一种简单的直流变换器软启动方法。该方法通过占空比和移相控制协同调节，可以有效抑制启动时电流冲击，系统具备很好的抗扰能力且不需要采用传统软启动的复杂模式切换。
　　针对移相控制型双有源桥变换器高频变压器的直流偏磁问题，本文建立了考虑励磁参数的直流偏磁小信号模型，揭示了传统偏磁抑制方法中变压器两侧偏磁控制环之间存在强耦合特性，且通用的状态反馈解耦法存在工程实现困难等问题。针对传统方法的局限性，本文提出了一种基于直流共模差模分量的直流偏磁抑制方法。相比传统方法，该方法的被控对象的耦合较小，控制器参数设计更加简单，系统的动态响应更快。
　　针对直流配电网串联谐振型双有源桥接口变换器典型开路故障，本文在分析占空比调节和拓扑结构重组两种容错控制方法的基础上，提出了一种复合容错控制方法。相比于传统的容错方法需要大量的硬件冗余和复杂的故障检测电路来检测具体故障，该方法无需增加任何硬件，通过复合控制即可实现高效可靠的故障容错运行。此外，本文所提出的方法具有良好的暂态和稳态控制特性，克服了传统容错控制在运行模式切换时刻带来的电流冲击、电压跌落等缺陷。

目录

声明

摘要

1．1 课题研究背景及意义

1．2 直流配网双有源桥接口变换器拓扑

1．3 直流配网中DAB变换器运行控制方法研究现状

1．3．1 移相控制型DAB软启动方法研究现状

1．3．2 移相控制型DAB高频变压器直流偏磁抑制方法研究现状

1．3．3 串联谐振型DAB变换器容错控制研究现状

1．4 课题来源与研究内容

1．4．1 课题来源

1．4．2 研究内容

第二章 移相控制型DAB变换器的软启动方法

2．1 隔离型双向全桥变换器工作原理

2．2 新型软启动方法

2．2．1 输出侧开关闭锁启动策略与改进方法

2．2．2 占空比和移相控制协同调节方法

2．3 仿真结果

2．4 本章小结

第三章 移相控制DAB变换器高频变压器直流偏磁抑制方法

3．1 直流偏磁基本原理

3．2 直流偏磁小信号模型

3．3 传统直流偏磁控制方法

3．4 基于直流共模差模分量控制的直流偏磁控制方法

3．5 仿真验证

3．6 本章小结

第四章 串联谐振DAB变换器复合容错控制方法

4．1 串联谐振型双有源桥变换器基本原理

4．2 容错控制方法

4．2．1 占空比调节容错控制方法

4．2．2 拓扑结构重组法

4．3 复合容错控制方法

4．4 实验验证

4．5 变换器容错运行下的性能分析

4．6 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文及参与项目