双向三相交错并联DCDC变换器

引言

传统的双向单相DC-DC变换器作为储能装置、分布式发电系统以及直流微电网中必不可少的接口电路&＃xff0c;由于其结构简单&＃xff0c;成本较低&＃xff0c;无变压器损耗等优点得到了广泛的应用&＃xff0c;但传统的双向DC-DC变换器在实际应用中还有很多问题亟待解决。比如功率器件的应力问题、系统效率和开关损耗问题以及系统动态性能的提升问题等等。相比较双向单相DC-DC变换器&＃xff0c;交错并联技术在双向直流变换器中的应用得到了发展。由于其体积更小&＃xff0c;功率等级&＃xff0c;功率密度更高&＃xff0c;输出电流纹波更小&＃xff0c;电能质量更高&＃xff0c;在直流大功率场合得到了广泛的应用。

拓扑结构及数学模型

变换器的拓扑结构图如图1所示&＃xff0c;其中VT1—VT6为IGBT&＃xff0c;L1—L3为三个桥臂上的储能电感。R为负载电阻&＃xff0c;C为母线电容。由于三相交错并联DC-DC变换器与双向DC-DC 变换器工作原理基本相同&＃xff0c;故其数学模型可等效为单个双向 DC/DC 变换器的数学模型而得到。其数学模型可参考文献《基于线性自抗扰的超级电容储能变换器控制 》——刘科君&＃xff08;控制工程&＃xff09;&＃xff0c;其工作原理可参考文献《交错并联双向DC-DC变换器均流技术研究》——付明朝&＃xff08;重庆理工大学硕士论文&＃xff09;。

图1双向三相DC-DC变换器拓扑结构图

仿真效果分析

利用simulink仿真软件来对变换器效果进行验证分析。仿真模型如图2所示。其中电源侧为蓄电池&＃xff0c;负荷端为可变负载。扰动变化为负载的投切。控制策略采用双闭环PI控制。考虑变换器的均流控制&＃xff0c;各个变换器共用电压外环控制器&＃xff0c;传统的电流内环 PI 控制方式采用直接控制总电感电流的方式&＃xff0c;通过对 PWM 驱动信号的直接移相来实现移相驱动&＃xff0c;但由于实际存在的器件和线路分布差异&＃xff0c;使得三桥臂间电感电流未被均分&＃xff0c;开关器件应力不均&＃xff0c;输出电流波纹系数较大&＃xff0c;此处通过对电压外环控制的输出量乘以 1/3 得到电流内环控制的给定值&＃xff0c;将内环给定信号分别与三桥臂电感电流反馈信号的差值作为各桥臂 PI 控制器输入信号&＃xff0c;采用 PWM 进行调制&＃xff0c;各桥臂开关管的载波信号依次滞后 T/3&＃xff0c;使得三桥臂开关管导通时间相同&＃xff0c;三相电感电流大小一致&＃xff0c;相位互差 2π/3&＃xff0c;以实现对双向三相交错并联DC-DC变换器的控制。 &＃xff08;参考文献1&＃xff09;

图2 系统仿真模型

系统扰动主要考虑了直流母线电压的波动以及负载的波动对于直流母线电压的影响。直流母线电压变化情况如图3所示。

图3 直流母线电压波形

图4、5给出了电感单相电流曲线以及经三相交错并联后的电流曲线图&＃xff0c;整定后的电流纹波小。

图4 电流变化图

图5 电流纹波图

图6 蓄电池荷电状态变化

仿真模型&＃xff1a;https://download.csdn.net/download/qq_46895281/85761322